薄壁件数控铣削加工环节问题

.薄壁件数控铣削加工环节问题

            在薄壁零件数控铣削加工中，为了获得高质量的薄壁零件，一般采用精细加工。

由于薄壁零件本身结构比较脆弱，为了获得高精度、高质量的零件，需要对其内部结构进行分析，设定切削力或选择刀具等工艺，保证操作过程不会对零件本身造成任何影响。

              这一过程可能造成比较高的误差率或者破损率，例如切削力参数设计不准确导致实际生产加工薄壁件的过程中存在与规定参数的差异点，使切削速度超过了薄壁件外表面层的承载能力，造成薄壁件的变形。

同时，生产中的铣刀也可能因长时间的加工而出现过热问题，薄壁件本身外表面的热承载效率比较低，其热应力作用的极限值高于刀片或薄壁件的承载极限值，就很容易产生热变形。

             在后期的加工调整过程中，应深入分析数控铣削加工中存在的问题，结合操作工艺，改进薄壁件的生产加工程序。

2、薄壁件数控铣削加工出现问题的原因

             由于薄壁零件内部结构的复杂性，在加工时很容易出现各种问题。数控铣削加工中，薄壁零件可能产生的问题比较多，主要原因是加工工艺和零件本身的承载性能存在差异，导致零件在生产过程中出现断裂或者微变形。

从零件生产情况来看，技术工艺应用过程中可能出现以下问题：

(1) 切削热问题。 刀具高速旋转或切削等都会产生热值，会对薄壁零件内部的材料或结构产生影响，进而产生变形问题。薄壁零件的材料结构和形状特殊，使薄壁零件因为加工热的影响而产生相应的变形。

(2) 应力负荷问题。 刀具长期的磨损会造成薄壁零件表面的损伤。铣削刀具是连续消耗产品，长时间的运转方式，内部结构可能被破坏，一旦刀具表面出现缺口，对零件的影响是致命的。

(3) 操作问题。 薄壁零件装夹过程中，操作不规范会导致零件变形。薄壁零件内部材料较薄，脆性较大，如果夹具装夹过程不遵循零件本身的物理特性，就会产生变形问题。

(4) 刀具降低方法不当问题。 下刀方法或参数设置不当都会导致制件变形，如果下刀方式有误，还会毁坏薄壁制件。

           例如在生产过程中，如果下切刀的位置在制件的末端，则很容易因切刀速度快慢或者逆序切割方法之间存在误差而导致制件质量不合格。

薄壁件数控铣削加工工艺的应用

1.基于零件力学特性的工艺

           零件加工的影响因素有机械刚度系数、几何精度系数、刀具振动系数、刀具磨损系数、工件热变形系数等。

           在对薄壁零件进行数控铣削加工时，主要考虑的是刀具对零件加工可能引起的热影响。

同时，刀具在切削过程中，其所呈现的力学性能也可能造成零件回弹现象，引发刀具的让刀问题，降低零件加工的精度。

           一般来说，航空铝合金材料对应的弹性模量为70~73MPa，该值比钢材的弹性模量小，屈服强度也比较大，在加工时容易产生回弹，特别是大型薄壁件。

           实际加工过程中可能产生的切削回弹参数比较大，应针对不同类型的薄壁零件调整加工参数，合理设置数控铣削加工参数，在设置工艺流程的基础上，尽量减少加工过程中产生的变形问题。

同时，加工过程中应根据加工变形的控制，实现不同切削力参数或装夹工艺、加工辅助设备的调整。装夹期间，应按照切削用量来定义参数，当切削用量较大时，要引入粗加工的工艺思路，逐级切削切除量，减少加工量，为后面的精加工工序预留相应的加工余量。

            在粗加工完成后，薄壁零件需要进行热处理工艺，充分排除零件内部的残余应力，为后期精加工工序的实施提供基本保障。                                                                                                                                                                                                                                                                             

2. 基于生产工装和加工顺序的工艺流程

          薄壁零件数控切削加工时，刀具的选择、刀具生产过程中的弹性和塑性变化、以及零件材料等都有很大相关性。

           如果想要降低刀具与材料本身摩擦产生的热量，就需要根据工件不同部位的加工或者受力情况，分析生产过程中可能存在的热变形问题，再结合实际生产指标，尽可能的把当前工序可能存在的残余应力控制在合理的范围内。

          例如，在加工铝合金薄壁零件时，一般需要将残余应力厚度值限制在0.1mm以内，如果这样的厚度值超过了其极限值，其零件残余应力将无法全部排除，在后期外力作用下很容易产生变形问题。

同时，零件加工时，根据精加工工艺的要求，需要对零件厚度进行逐级减少，当零件厚度减少量超过2mm时，需要分析零件加工切削过程中残余应力的影响。

另外，数控铣刀在走刀过程中，零件本身的残余应力也可能影响走刀精度，或在切削过程中产生多热现象，使数控铣削加工在执行过程中存在较多的差异性问题，甚至可能使加工精度降低。

在实际加工过程中，应分析数控铣削加工过程中可能存在的差异，针对不同的切削量或刀具、零件应力状态选择相应的加工模式，如小切削加工模式、分层加工模式等，并配合刀具的行走过程，保证数控铣削过程中应力产生与消除的稳定性。

         例如在大面积腹板的加工过程中，可以采用循环走刀的方式对腹板进行逐级循环加工，然后结合工件在加工过程中的受力变化，分析其是否符合加工过程的平稳性及可靠性，进而提升工件的使用效果。

在此过程中，应尽可能避免刀具在加工过程中出现急停或急转弯，尽可能保证转角区域的圆弧过渡，如通过控制进给速度、切入和切出的铰接操作等，增强切削的平稳性。

在按照规范的工艺进行操作时，应结合加工中可能出现的变形问题，确定工件的质量及其效率是否可以在既定的数控铣削加工工艺流程下，在维护的理论基础之上，逐步通过工艺流程确定生产机理，增加设计与实际生产之间的精度，避免生产中零部件发生变形问题。                                                                                                                                                                                                                                                                    

3. 基于铣削参数的工艺流程

          在数控铣削加工过程中，需要对薄壁零件的切削参数进行分析，切削参数会影响薄壁零件的精度，因此在数控铣削加工过程中，应慎重选择切削参数。

数控铣削加工过程中，刀具产生的切削力作用及刀具作用于薄壁零件表面产生的切削热相对较高，要进一步提高切削精度，需要对刀具加工材料、零件材料、数控系统进行调整，有效防止外界约束引起的加工误差问题。

数控铣削加工用量应根据现有的加工指标指标进行设定，并分析现行加工设计与实际加工结果之间的关系，判断其是否与预先预测的基准相一致，结合生产率、成本等可控性因素进行同步驱动控制，在数控加工过程的编程程序与生产条件之间找到平衡点，进一步明确刀具选择、加工路径、切削速度及进给参数等，提高生产效率，降低刀具运转时的磨损率。

除了切削参数的选择外，需要考虑的一个重要影响因素是工件装夹方案，因为它很容易导致薄壁零件在加工过程中发生变形。

         刀具在装夹过程中，工作人员应结合薄壁零件的生产结构，分析铣刀加工过程中的受力变化点及热变形因素，结合零件本身的薄弱部位，明确工件的定位形式和装夹形式，尽量减少工件生产过程中因外界应力变化而产生的变形，从而提高薄壁零件的加工精度。

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