薄壁零件高速铣削加工工艺

乔 娜

（航空工业沈阳飞机工业有限公司，沈阳 110850）

高速铣削加工工艺在薄壁零件的加工中有着显著优势，认识、研究、推广高速铣削加工工艺，对于提升薄壁零件加工质量和效率有着重要意义。鉴于此，在介绍薄壁零件高速铣削加工工艺的基础上，就如何对薄壁零件的高速加工铣削制定合理的工艺策略提出了一些要点与对策，以供参考。

引 言

航空航天国防领域对于薄壁零件的需求量增加。薄壁零件刚度差、加工工艺性低、铣削加工容易弯曲和变形。薄壁零件是在对整块铝板加工切除材料比例超过90%之后产生。薄壁零件铣削加工要求高精度，需要切除大量金属，工件壁薄，导致刚性低，铣削加工控制变形，提升铣削效率。薄壁零件的高精密铣削加工，工件表面质量受刀具和走刀方式的影响，要达到图纸的精度和表面粗糙度值，须结合薄壁零件特点选择刀具和走刀方式。对薄壁、圆弧过渡面等零件特殊位置，设置特殊的走刀方式。优化走刀路径，减少空刀、提刀以及重复路径，提升加工质量和效率。

一、薄壁零件的结构特点和工艺特点

与其他普通零件不同，薄壁零件重量较轻，且强度、刚度等物理性能较高。凭借这些优势，薄壁零件在各个工业领域均有涉略。尤其是在航空航天产业，薄壁零件的轻质、高强特点占有显著优势。所谓薄壁零件，就是指壁厚小于3mm 的零部件。铝合金是最为常用的薄壁零件，这与它密度小、耐腐性强、可塑性高、经济性好等特点密不可分。由于薄壁零件的结构复杂，体积大，需要占有一定空间，除了要符合性能设计需求之外，还需尽量减少重量，满足特殊用途。不同的应用领域，对薄壁零件的结构要求也存在一定差异。由于薄壁零件结构特殊，其机械加工中所采用的加工工艺也区别于普通零件。薄壁零件质量轻、体积大，加之壁厚要小于其他零件很多，因此，在数控加工过程中，薄壁工件变形是十分常见的现象。如何预防加工变形、及时进行变形修整一直是困扰薄壁零件数控铣削加工的重难点。从加工精度角度讲，薄壁零件轮廓尺寸大、截面积小，在加工过程中又受铣削振动影响，进一步削弱材料刚性，这些因素都对零件加工精度造成直接或间接的负面影响。除尺度精度外，薄壁零件对协调精度的要求也不容忽视。尤其是对于结合孔、槽键口以及接头等部位，为了满足装配需求，薄壁零件必须要在相关标准的指导下，严格按照总装图的设计要求制造，以防止为后续协调安装造成阻碍。

二、薄壁零件高速铣削加工工艺策略

（一）刀具的选择

高速铣削应采用强度高、韧性好、耐磨性强、硬度高的刀具材料，此外，为了保证刀具的使用寿命和经济成本，应确保其具备良好的经济可行性和耐久性。不同尺寸、形状的薄壁零件适用的刀具材料不同，为此在工艺设计中应首先结合工件特点合理选择刀具材料。目前常用的刀具材料多为硬质合金，其中，高速钢凭借其良好的强度，被广泛应用于复杂形状的薄壁零件加工中，而超细晶粒硬质合金则由于韧性强、强度高被广泛应用于钛合金、铝合金薄壁零件的高速铣削加工中。随着薄壁零件高速铣削加工工艺的逐渐成熟，硬质合金涂层刀具、立方氮化硼刀具、聚晶金刚石刀具等均日臻完善，它们分别有着良好的耐久性、耐热性、耐磨性，在不同材质、形状的薄壁零件加工中得到了广泛运用。

（二）合理的装夹方案提高精密薄壁零件的品质

装夹设备所产生的装夹力，导致工件形变，工件内部出现装夹应力场，并且发生位移。铣削刀具加工工件时，出现过度切削或者切削不到位，工件的表面会出现几何误差形变，影响精密薄壁零件的加工品质和加工精度。刚性不足的精密薄壁零件，装夹问题是导致形变的主要因素。装夹方案直接影响薄壁零件的加工精度、表面品质、加工效率以及生产成本。按照薄壁零件结构特点及加工技术要求制定科学的装夹方案，分析计算薄壁零件加工中所受力及发生的形变，确定容易出现形变的薄弱环节。合理选择加工工件的夹紧力、夹紧方式以及定位方法，降低工件在铣削过程中的综合作用力与力矩，提升薄壁零件的刚度，降低薄壁零件的装夹变形与切削振动，提高工件的几何精度。

（三）装夹策略

装夹策略的制定，应首先根据零件结构特征进行综合变形分析，通过合理设计夹紧形式、夹紧力、装夹布局等因素来保证工件受到最小的综合作用力，进而最大限度地减轻夹具自身和工件的变形。具体而言，应使工件的定位接触面积最大化，使工件、夹具的有效接触面积增加，保证两者致密贴合。对刚性低的零件应采用超定位，对其薄弱处加强支撑。在保证夹紧的基础上，应采用均匀分布的、尽可能小的夹紧力，以进一步减少夹具和工件变形。同时，夹紧力的施加应选择零件刚性好的方向。

（四）选择合适的切削参数，确保高效稳定的加工

数控铣削加工过程中，切削参数的选择影响到切削力和切削热，切削参数由刀具材料、工件材料、机床、数控系统性能、加工品质以及工件表面精度等因素决定。数控铣削参数的选择，影响铣削加工的效率、铣刀刀具的耐用度、工件的加工品质及成本，有经验的数控编程人员，需要具有从诸多影响因素中寻找到最佳平衡点的能力。数控铣削加工，合理确定刀具的每齿进给量，保证工件的加工品质和效率，降低刀具磨损的速度。调节每齿进给量，调整切削力的大小，减少加工误差，实现对精密薄壁零件的高品质加工。

结 语

薄壁零件切削加工工艺是目前航空航天等行业机械零件加工领域的重要研究课题之一，就目前加工现状来看，合理选择刀具材料，科学规划和实现刀具轨迹，做好冷却与润滑工作，以及优化装夹策略，是提升薄壁零件高速加工铣削工艺质量的主要途径。