易通

【摘 ?要】薄壁零件因其剛性差、易變形，一直是機(jī)械加工中的難點(diǎn)問(wèn)題。而大曲率薄壁曲面加工時(shí)不僅需考慮薄壁，對(duì)于曲面加工精度控制也是難題，在曲面為大曲率時(shí)，使用的的數(shù)控程序和加工方案均需適應(yīng)性更改。因此研究大曲率薄壁曲面加工工藝方法，不僅能控制加工精度，還能增加加工效率，對(duì)一般的曲面加工和薄壁件零件加工均有良好的借鑒意義效果。

【關(guān)鍵詞】大曲率;薄壁;曲面;數(shù)控加工

【Abstract】Thin-walled parts are always difficult problems in machining due to their poor rigidity and easy deformation.While the processing of large curvature thin wall surface not only needs to consider thin wall，for the surface machining precision control is also a problem，when the surface is large curvature，the use of CNC program and processing program need to be adapted to change.Therefore，the research on the processing method of thin-walled surface with large curvature can not only control the processing accuracy，but also increase the processing efficiency，which has a good reference to the general surface processing and thin-walled parts processing

【Key words】large curvature，thin-wall parts，surface，processing technology

1引言

隨著時(shí)代的進(jìn)步，航空、汽車、消費(fèi)品等領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品表面美觀、重量等要求越來(lái)越高，產(chǎn)品越來(lái)越多的使用了復(fù)雜曲面和薄壁設(shè)計(jì)，這使得大曲率曲面、薄壁類零件越來(lái)越多的出現(xiàn)在加工行業(yè)，給數(shù)控技術(shù)人員帶來(lái)困擾。

隨著計(jì)算機(jī)編程技術(shù)和機(jī)床的進(jìn)步，曲面加工、薄壁加工作為傳統(tǒng)難題，已經(jīng)逐步解決，但當(dāng)大曲率復(fù)雜曲面與薄壁構(gòu)型同時(shí)出現(xiàn)，問(wèn)題變得復(fù)雜。此時(shí)，除需要過(guò)硬的編程技術(shù)、穩(wěn)定的機(jī)床外，還需要對(duì)數(shù)控加工原理，曲面幾何形狀解析進(jìn)行研究，本文以某模型飛機(jī)小翼加工為例，對(duì)此類零件加工所需注意的一些基本事項(xiàng)和技巧進(jìn)行探索和研究。

2.小翼數(shù)控加工技術(shù)研究

小翼（圖1）材料為30CrMnSiA，抗拉強(qiáng)度σb=1080MPa，其展長(zhǎng)213.37mm，弦向尺寸283.36mm，高度落差87.87mm。通過(guò)觀察數(shù)模可知，零件在XY、XZ、YZ三個(gè)平面上均有轉(zhuǎn)角，相對(duì)基準(zhǔn)面小端的曲率遠(yuǎn)大于大端，壁厚分布不均勻，壁厚最薄處僅有0.163mm，加工此處時(shí)，大曲率和薄壁帶來(lái)振刀等問(wèn)題使精度下降。但零件的加工精度為±0.15mm，在曲面加工中屬于較高要求。

2.1加工難點(diǎn)

該零件有以下加工難點(diǎn)：

（1）材料表面強(qiáng)度高，切削時(shí)切削力大，對(duì)裝夾剛性要求高，但由于型面扭曲，且為懸臂結(jié)構(gòu)，如采取常規(guī)的加工手段，缺乏裝夾定位基準(zhǔn)不談，振刀問(wèn)題無(wú)法消除;

（2）零件整體為薄壁件，裝夾容易變形，造成切削時(shí)裝夾力和切削力互相沖突，往往松開裝夾時(shí)零件回彈造成表面精度失效;

（3）零件邊緣壁厚極薄（僅為0.163mm），切削時(shí)易振顫，由于振刀嚴(yán)重影響表面粗糙度，使得表面粗糙度難以滿足設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)重時(shí)可能由于表面啃刀造成零件報(bào)廢;

（4）型面表面曲率變化大（型面沿X軸呈10°夾角，Y軸夾角變化接近60°）坡度較陡，造成以下問(wèn)題：切削時(shí)由于曲率變化大，造成吃刀量，實(shí)際進(jìn)給量急劇變化，使得切削力急劇變化。加工時(shí)容易產(chǎn)生振刀、過(guò)切等問(wèn)題。如圖3為0.2mm步距下，20°斜面與50°斜面實(shí)際切削距離對(duì)比，表一列出了各項(xiàng)參數(shù)值。

可見(jiàn)隨著斜面角度的增加，實(shí)際切削長(zhǎng)度及切削面積不斷增加。

2.2解決措施

針對(duì)以上難點(diǎn)，采取了下列解決措施：

1、選取合理的裝夾方案

工件在機(jī)床上的裝夾精度是影響加工精度的重要因素，20%-60%的加工誤差是由裝夾引起的。因此合理選擇裝夾方案是滿足零件精度要求的重要前提。此零件幾何形狀較為復(fù)雜，型面沿不同軸線扭轉(zhuǎn)，需要通過(guò)設(shè)置工藝夾頭以達(dá)到裝夾目的。設(shè)置原則如下：

（1）夾頭應(yīng)滿足裝夾最優(yōu)化原理，在裝夾便捷可靠的前提下以最少的裝夾次數(shù)達(dá)到零件的加工要求，減少裝夾時(shí)帶來(lái)的誤差，使裝夾可靠，穩(wěn)定性強(qiáng);

（2）工藝夾頭應(yīng)符合統(tǒng)一基準(zhǔn)要求，便于加工時(shí)反復(fù)測(cè)量，實(shí)時(shí)監(jiān)控裝夾變形和切削變形情況，便于加工參數(shù)微調(diào)和后續(xù)三坐標(biāo)檢測(cè);

（3）該零件為薄壁件，夾頭設(shè)置應(yīng)增強(qiáng)薄壁處的剛性，減少裝夾變形并作為零件輔助支撐點(diǎn)。

結(jié)合以上原則，及零件外形特征，決定在展長(zhǎng)方向連接塊及翹尖角處分別設(shè)置尺寸為δ20×95×300、δ20×30×77的工藝夾頭（圖4）。這種方法設(shè)置的夾頭具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）以?shī)A頭為基準(zhǔn)，便于操作時(shí)尋找加工原點(diǎn)，也便于后期三坐標(biāo)檢測(cè)，而且只需正反兩次裝夾即可完成零件加工;

（2）鑒于零件加工時(shí)極易變形，加工過(guò)程中需實(shí)時(shí)監(jiān)控零件變形情況，不斷修夾頭基準(zhǔn)以控制零件變形，采用此方案設(shè)置夾頭，便于加工時(shí)精修基準(zhǔn)，滿足加工需求;