2017年5月23日

關于薄壁零件的加工中心銑削加工

前言薄壁零件已日益廣泛地應用在各工業部門，因為它具有重量輕，節約材料，結構緊湊等特點。世界大賽、國家省市比賽，技能鑒定都有此子項目。但薄壁零件的加工是銑削中比較棘手的間題，原因是薄壁零件剛性差，強度弱，在加工中極容易變形，使零件的形位誤差增大，造成壁厚上厚下薄尺寸超差等問題。薄壁零件銑削時變形是多方面的。裝夾工件時的夾緊力，切削工件時的切削力，工件阻礙刀具切削時產生的彈性變形和塑性變形，使切削區溫度升高而產生熱變形。影響薄壁件加工精度的因素：受力變形、受熱變形、內應力變形、加工振動加工振動切削力和切削振動及裝夾力。本人從刀具選用、切削參數選用、工序安排、走刀路線的確定等方面展開研究，控制產品的加工變形。現以薄壁零件為例（如圖1所示），材料紫銅，簡述精工加工中為控制和減小零件變形所進行的工藝分析、所米取的措施和編程加工。1、薄壁零件圖樣工藝分析（圖1)⑴總體尺寸是75X75X40mm;(2方臺上排列著四塊薄片狀的結構塊，厚度為2.2mm,最高的高度有 20mm；(3 )加工精度公差要求為 ±0.025mm;(1) 薄片頂面為完全倒圓角曲面。2、控制零件變形工藝措施2.1刀具選用刀具直徑越大，產生的徑向切削力也相對大些，所以在滿足刀具長度的條件下，選用直徑較小的刀具。刀具要進行深度加工，還要考慮刀具的長度和材料，確保刀具的強度，避免在切削時因刀具的強度不足引起刀具的徑向跳動。故本薄壁零件粗加工選D6平底端銑刀，薄壁側面精加工選 D4銑刀。刀刃要鋒利，以減小切削九2.2切削參數選用優先選用高速加工，轉速高、背吃刀量小的方法以減小切削力。現以薄壁為例：（1)徑向切深和軸向切深。從切削力、殘余應力、切削溫度等方面考慮，采用較小的軸向切深和較大的徑向切深是有利的。徑向切深ae<0.5D,D為刀具的軸向切深ap=(0小0.5)D。⑵每齒進給量。查表粗加工時取0.3~0.5mm,精加工時取0.1~0.2mm。⑶切削速度。根據紫銅工件和硬質合金刀具性能，查表或計算,D6平底端銑刀，主軸轉速為3500「/min,精加工選D4銑刀10000r/min。⑷進給速度D4主軸轉速n高達10000「/min,根據進給速度計算式Vf=fzZn/1000(Z是銑刀齒數)，可以算得本次高速加工時vf=1m/min,大大高于普通速度銑削。小軸向切深、大進給速度是實現減小加工變形、提高加工質量和效率的一個基本前提。2.3工序安排⑴該工件薄壁加工中,先加工薄壁頂面再加工側面。反之，在加工中易出現薄壁受力變形、讓刀等現象。（2)粗精加工分開原則。依據粗精加工分開原則，故本薄壁零件薄壁側面分粗加工、半精加工和精加工三步，薄壁粗加工采用D6平底刀,側邊留余量1mm,目的是要快速高效地去除工件的大部分余量，所以加工的速度相對較快，工作的受力也相對大，為了保證在開粗中薄壁零件不變形，也為后面半精加工提供足夠的薄片強度支撐，在薄壁粗加工中，留有足夠的加工余量1mm。2.4走刀路線⑴對稱分層加工。單面切削板類零件會破壞了工件拉應力、壓應力的平衡，工件便會產生彎曲變形。對稱加工能使工件相對的兩面產生的應力均衡，達到一個穩定狀態，加工后工件平整。對稱分層銑削。均勻釋放應力，對稱釋放毛坯初始殘余應力，減小零件的加工變形。在處理厚度兩面都需要加工的板類零件，可以通過上下兩面消除余量均等的原則，施行輪流加工處理，即在上平面去除_定的余量，然后在另一面中也去除相同的余量。在零件加工過程，輪流的次數越多，應力釋放就越徹底，零件的變形越小。高速加工時用穩定切削用量實施對稱加工。故本人在薄壁零件薄壁半精加工和精加工中采用"深度優先''策略可使薄片四周受力平衡，類似等高加工。粗加工用型腔銑刀路開粗，采用"層優先”策略。(2)刀具切入切出工件的部位和層與層間的過渡連接處處理。在銑削加工薄壁零件時，刀具在此處的切削力會產生顯著的突變，極易造成產品變形。解決的辦法是細化刀具路徑，即在走刀過程中，保持刀具切入角恒定，減小刀具在此處的徑向切厚,附加走刀路徑，從而避免切削力的超值突變。故本人在薄壁零件細化刀具路徑處理應用于刀具切入切出工件的部位（圖6)、層與層間的過渡連接處。細化刀具路徑后，有效地保持了穩定切削，避免了因切削力突變而引起的加工變形和切削振動。⑶銑削方向。銅材料硬度較低，表面無硬皮，采用順銑時切削厚度由厚變薄，在刀具剛剛接觸工件時，后刀面與工件之間的摩擦較小，不易產生振動，會明顯降低切削力，而且有利于形成切屑、保持切削過程平穩以及提高加工切削速度。用順逆混合銑會給工件帶來沖擊力。故本人在薄壁零件薄壁精加工時采用順銑。3、編程加工方法3.1薄壁零件粗加工用自動方式創建一個四邊75mm的加工毛坯，用型腔銑刀路開粗 (如圖3所示),采用D6平底刀，側邊留余量1mm,底面留余量0.2 mm, 主軸轉速為3500「/min,進給速度為2000mm/min,薄壁軸向切深為 0.6mm。3.2基準臺側面粗加工平面銑的底面壁加工法即可，側面余量為0.3mm。刀具D12,轉速 2200「/min,進給1000mm/min。3.3基準臺側面精加工平面銑的底面壁加工法，側面余量為0mm。刀具D4,轉速10000「/ min,進給1000mm/min。3.4基準臺上表面精加工主軸轉速為10000「/min,走刀速度為1000mm/min,D4mm平底刀具銑加工基準臺上面時，為預防刀具碰切到薄片側面，所以設定側面的余量為1mm,頂面為0mm,合理設置公差，以平衡加工精度和電腦計算時間。開粗時，公差設為余量1/5,光刀時，公差設為0.01內、外公差為 0.001mm。進刀方法為設進刀點從工件外進刀。 3.5薄壁零件頂面圓角曲面精加工編程要點：⑴R1.5球頭銑刀，主軸轉速為7000r/min,進給速度為1000mm/min。⑵輪廓區域曲面精加工的走刀方式（(如圖4所示)），強制設定進刀點位于薄壁的最低端。入刀點自動生成，位于薄壁最高處入刀，刀具在瞬間切入是會對薄壁產生較大的壓力，也會導致其彎曲變形。⑶在頂曲面的加工中，取消"在邊緣滾動刀具''選項，以對刀軌的邊緣向外延伸0.4mm,以獲得較好的加工質量。⑷步距為殘余高度0.0005mm;順銑、往復切削模式；3.6薄壁側面半精加工（型腔銑削）編程要點： (1)在刀具的選用上，因球刀在加工時與曲面以切線的形式接觸，對工件的壓力較大，而平底刀與曲面以點接觸，所以壓力會比球刀小很多，為了進一步減輕切削壓力，選刀時盡可能選用刀刃比較鋒利的刀，以減小磨擦產生的壓力。所以選用加長型D4的平底端銑刀進行加工。4mm 平底刀具,主軸轉速為 10000r/min,走刀速度為1200mm/min (圖5) ⑵采用"深度優先的切削模式；銑削加工薄壁零件時，刀具在切入切出的切削力會產生顯著的突變，極易造成產品變形。細化刀具路徑和附加走刀路徑是解決的辦法,刀具切入切出（圖6)以及層與層間的過渡連接處（圖7)。 3.7薄壁側面精加工（型腔銑削）技術要點：⑴刀具D4,轉速10000「/min,進給1200mm/min;⑵精加工中通過測量改變刀補；⑶最后_刀，光刀。4、結論薄壁零件銑削加工時，對工件進行工藝分析和加工方案優化，是非常重要的_個環節。為了保證薄壁零件加工過程的平穩和加工品質，控制切削變形，應該著力調整工件裝夾方案；做多一點工序，減少空刀時間；刀具選用，工件太高時，應分層用不同長度的刀開粗；優化走刀策略與加工順序，提高工藝系統的剛度，在此基礎上選取合理切削參數，采用高轉速、中進給、小切深、多次分層順銑、環切走刀的銑削方式，從而盡可能地減小切削變形，提高薄壁零件的尺寸精度和加工效率。該零件采用此種方式加工，既保證了加工質量，縮短了生產周期。同時也可為同類零件的加工提供借鑒和一些參考。本文由海天精工整理發表文章均來自網絡僅供學習參考，轉載請注明！

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