［摘 要］文章對影響薄壁殼零件數控加工質量的各種因素進行了深入分析，包括切削力、熱變形、機床精度、裝夾方式等。從工藝參數、夾具設計和機床性能3 個方面入手，提出一系列優(yōu)化策略，以有效降低薄壁殼體零件的加工變形，從而大幅提升薄壁殼體零件的加工精度，為數控加工提供新思路、新方法，促進我國產業(yè)技術進步與品質提升。

［關鍵詞］易變形；薄壁殼零件；數控加工技術

［中圖分類號］TM75 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）07–0020–03

數控加工技術在提高薄壁殼零件的加工效率和精度方面至關重要，然而，如何有效控制加工過程中的變形問題仍然是一個亟待解決的難題。這一挑戰(zhàn)的存在，要求不斷探索和創(chuàng)新，以尋求更為有效的解決方案，從而充分發(fā)揮數控加工技術的優(yōu)勢，推動薄壁殼零件加工行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

1 零件加工變形影響因素

1.1 零件本身結構

對于易形變薄壁件，為了便于研究，常將其結構簡化為二維形式。其典型特征是凸臺、凹腔和通孔。這種結構的復雜性決定了在加工過程中必須綜合考慮多種因素，才能保證加工的精度和質量。尤其是在加工時，除了要注意零件的上下對稱性，保證結構的平衡和穩(wěn)定性外，凹腔的變形也不可忽視。薄壁零件由于壁厚比較薄，自身剛性差，因此銑削加工時的精度控制尤為重要。切削力與夾緊力是機械加工過程中的兩大力學因素，二者共同作用會引起工件的顫動，進而影響加工表面質量，甚至引起零件整體或局部的變形。特別是薄壁零件厚度越小，剛度越低，變形越大。研究表明，薄壁零件的厚度越小，其抗力即剛度越低。這就意味著，當加工較薄的零件時，必須對不同的工藝參數及工況進行更嚴格的控制，以免產生不必要的變形。因此，為保證薄壁件的加工質量與精度，必須對其進行系統(tǒng)的工藝控制。其中包括選擇合適的刀具，最佳的切削用量，設計合適的夾具，準確地控制夾緊力。在此基礎上，對薄壁零件進行全方位的工藝控制，并持續(xù)優(yōu)化工藝，可有效降低零件變形風險，提高零件加工質量與效率。

1.2 外在因素影響

在銑床薄壁零件時，除零件自身因素外，還有以下外部因素對其變形有重要影響：①在熱處理過程中，冷卻階段起著至關重要的作用。在此過程中，零件易因內應力再分布而產生變形。具體而言，高溫熱處理后快速冷卻過程中，內應力急劇變化會引起材料不均勻收縮，導致零件變形。②不恰當地使用刀具。刀具與工件摩擦產生的切削熱會改變工件內部溫度分布，熱膨脹和非均勻變化會引起工件變形。刀具材料、磨損程度等因素對加工結果有一定的影響，刀具材料選擇不當或刀具磨損過大均會增大切削阻力，從而增加工件變形的風險。③夾具對工件變形的影響。夾緊力可能會影響產品的尺寸，位置和形狀精度。尤其在夾裝過程中，如果夾裝方法不正確，夾緊力過大，則會使工件產生變形。因此，為降低工件變形影響，需優(yōu)化裝夾方式，使夾具能提供穩(wěn)定、合適的支撐力，保證工件加工精度與形位穩(wěn)定性。

2 易變形薄壁殼零件的數控加工技術

2.1 易變形薄壁殼零件加工案例

針對6061 鋁合金制成的薄壁零件，其毛坯具有明確的尺寸規(guī)格，即150 mm×80 mm×10 mm，且最小壁厚僅為1.5 mm，屬易變形結構。該類零件的加工精度要求極高，誤差范圍需嚴格控制在±0.1 mm 以內。然而，在實際加工后的質量檢測中發(fā)現，尺寸誤差達到了0.16 mm，這明顯超出了預定的精度標準。經過深入分析，造成這一誤差的主要原因可歸結為零件本身的低剛度和薄壁特性。特別是在進行大面積銑削操作時，由于零件受到切削熱和切削力的雙重影響，易發(fā)生形變。此外，加工過程中產生的內部應力、機床的震動以及工裝夾具的不穩(wěn)定性也是導致零件變形的重要因素。為了解決上述問題，本研究提出了一系列針對性的改進措施：①為了減小裝夾力對工件變形的影響，優(yōu)化了夾持方式；②利用切削速度、進給、進給量等工藝參數，減小熱、力對工件的影響；③引入智能系統(tǒng)平臺與數控技術，全面提升加工過程。數控技術應用于機械加工，取得了明顯的效果。通過精密數控編程，精確控制切削力，切削速度，切削深度等參數，使加工精度大幅提高。同時，數控技術還可以對加工過程中的各項參數進行實時監(jiān)控，及時發(fā)現和修正加工誤差，保證產品的質量。

2.2 銑削加工過程有限元分析

在加工形狀復雜的薄壁殼零件時，確保加工精度和防止零件變形是制造商面臨的主要技術挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的裝夾裝置通常由于裝夾力的不均勻或偏差，導致加工精度不準確和零件變形的問題，這嚴重影響了產品的質量和性能。與此同時，數控加工雖然在提高加工效率和精度方面具有顯著優(yōu)勢，但其通常依賴于歷史數據和經驗公式進行加工參數的設置。然而，由于薄壁殼零件的形狀復雜性和材料特性，這種依賴歷史數據的方法通常無法達到預期的加工精度。為了解決上述問題，利用ABAQUS 軟件對數控加工過程中出現的各種物理現象進行了模擬分析。利用模擬技術，實現了對刀具性能及銑削工藝參數的準確預測與優(yōu)化。該方法最大的優(yōu)點是不需要實際加工，就可對加工數據進行驗證與優(yōu)化，從而節(jié)約了大量的時間與成本。同時，利用有限元方法，獲得準確的銑削力與應力分布數據，可為后續(xù)研究及工藝優(yōu)化提供依據。

2.3 加工工藝制訂

6061 鋁合金復雜零件的加工過程面臨著多重挑戰(zhàn)，主要是由于其外形設計的復雜性以及高精度要求。這些特點導致在加工過程中裝夾難度大，且型腔內部的切削量相對較大，從而增加了整體的加工難度。為了確保最終產品的加工質量，必須科學地制訂并執(zhí)行詳細的加工工藝。首要步驟是對毛坯料進行初步處理，確保去除多余的部分，并為后續(xù)的精細加工預留適當的殘余量。這一步驟對于整體加工流程至關重要，可為后續(xù)多次銑削打下基礎。為了防止在加工過程中零件出現不必要的變形，本研究建議采用分階段銑削的策略，具體包括粗銑、半精銑和精銑3 個主要步驟。這種方法能夠逐步接近最終的形狀和尺寸，減少每次切削的深度和廣度，從而降低零件變形的風險。在整個加工流程中，刀具的選擇至關重要，為了做出最佳選擇，應結合計算機仿真和實際加工方案進行綜合考慮。刀具的選擇需要根據6061 鋁合金的材料特性以及加工精度要求進行。初步建議選擇鋼制刀具，因其具有較好的耐磨性和切削性能。在粗加工階段，為了提高效率，應選用大直徑的刀具，而在精加工階段，為了確保精度，應換用更為精準的刀具。在銑削加工過程中，各步驟切削參數見表1。

2.4 加工方案驗證

本研究借助DMU50 數控加工中心，對所制訂的加工方案進行了實踐驗證。在實踐過程中，先將相關的加工參數、精度要求以及其他加工需求等詳細信息預先編入數控加工中心的系統(tǒng)軟件中。這一步驟至關重要，因為其確保了加工過程的精確性和可重復性。完成編程后，系統(tǒng)軟件根據輸入的信息自動生成詳細的加工程序。該程序不僅明確了加工的具體步驟，還優(yōu)化了加工路徑和加工工藝，從而提高了加工效率和精度。在確定了加工程序后，啟動DMU50 數控加工中心，讓其按照預定的程序自動完成整個加工過程。這種自動化的加工方式不僅減少了人為操作的誤差，還大幅提高了生產效率。為了驗證加工效果，本研究特別選取了零件上的兩處關鍵位置作為研究對照組。在加工完成后，對這兩處位置的尺寸參數進行了詳細的采集和記錄。對采集到的數據進行了深入的對比分析，并將最終的檢測結果整理，見表2。

綜上所述，通過深入分析和實際案例的探討，可明確地看到數控加工技術在提升易變形薄壁殼零件加工精度方面的顯著效果。在應用了數控技術之后，這類零件的加工精度得到了大幅提升，這得益于數控技術的高精度和高穩(wěn)定性。同時，本研究還通過實踐驗證了優(yōu)化后的夾裝裝置和銑削參數在預防加工變形問題上的有效性。這些改進措施顯著降低了加工過程中零件的變形風險，從而進一步保證了加工質量。因此，可得出結論：科學地運用數控加工技術，結合優(yōu)化的夾裝裝置和銑削參數，對于提升易變形薄壁殼零件的加工精度和保證加工質量具有積極的推動作用。不僅為當前的加工實踐提供了有益的指導，也為未來的技術研究和創(chuàng)新奠定了堅實的基礎。

3 易變形薄壁殼零件數控加工技術的應用要點

3.1 科學設計加工工藝

數控仿真分析對易變形薄壁殼零件加工至關重要，通過計算確定加工中的載荷與應變，可為工藝設計提供數據支持，預測變形原因以優(yōu)化方案，保障品質。數控技術可減少人為誤差，智能系統(tǒng)精確控制刀具參數和切削條件，可確保質量與效率，實現加工一致性和可重復性。

3.2 合理完成零件裝夾

零件裝夾是確保加工質量和效率的關鍵工序，需根據零件特性精確控制裝夾裝置，包括慣性力、轉動力矩和夾具懸伸長度。這確保了加工穩(wěn)定性和精度，并減少了脫模與夾具損壞風險，可延長夾具使用壽命，實現經濟高效加工。

3.3 科學落實走刀控制

對薄壁工件進行切削時，對切削角度及切削力的科學控制十分重要。這種精確控制既能保證生產效率及產品質量，又能達到降低成本的目的，最大限度地提高生產效率?？紤]到薄壁殼體的特殊性，在切削加工中應優(yōu)先選用主偏角為90°的刀具。這種選擇有利于降低徑向切削力，從而減少加工誤差，提高加工精度。在確定刀具軌跡及切削速度時，應綜合考慮多種因素。其中，工件表面粗糙度及主軸旋轉速度是確定最佳切削參數的關鍵。在此基礎上，可進一步優(yōu)化加工工藝，提高加工質量，降低材料浪費及能耗。

4 結束語

文章聚焦于薄壁零件在數控加工中的變形問題，通過深入研究，驗證了銑削參數調整與夾緊裝置優(yōu)化的有效性，從而確認了所提出改進措施的可行性。為了更全面地實現技術創(chuàng)新和優(yōu)化，未來還需對刀具磨損情況和機床精度進行更深入的研究，以持續(xù)推動數控加工技術的進步，為薄壁零件的高精度加工提供更完善的解決方案。

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