薄壁零件是一種金屬屬性的零件，其壁厚通常不超過(guò) 1mm ，其特點(diǎn)是重量較輕，材料使用較少，而且結(jié)構(gòu)也比較緊湊。薄壁零件的用途廣泛，特別是在工業(yè)上。然而，在實(shí)際薄壁零件數(shù)控加工中，由于刀具和加工工藝等因素的影響，對(duì)其數(shù)控加工的質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響，使產(chǎn)品不能滿足市場(chǎng)要求，造成各種資源的浪費(fèi)。因此，需要對(duì)薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量進(jìn)行改進(jìn)。

一、薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量改進(jìn)中存在的問(wèn)題

(一)加工精度提高問(wèn)題

在薄壁零件數(shù)控加工中，零件裝夾是提高其加工工藝質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。零件壁薄，在夾緊力的作用下，在加工切削過(guò)程中容易出現(xiàn)薄厚不一的情況，而彈性較差，零件外形難以自行恢復(fù)。若零部件裝夾位置不過(guò)關(guān)，會(huì)產(chǎn)生脫夾的問(wèn)題，影響零件加工精度。另外，在對(duì)零件進(jìn)行加工時(shí)要對(duì)裝夾具和夾緊裝置本身的基本情況進(jìn)行嚴(yán)格控制，保證裝夾的剛度、加工方向與應(yīng)力作用的分析符合規(guī)范，否則，在隨后的薄壁零件數(shù)控加工中，很可能會(huì)發(fā)生薄壁零件變形，從而降低加工質(zhì)量。

（二)刀具切削角度改善問(wèn)題

在切削過(guò)程中，刀具與零件的高速摩擦?xí)纬汕邢鳠?，在這種熱的綜合影響下，很容易發(fā)生彈性變形、振動(dòng)、塑性變形，所以，在選擇工具時(shí)要綜合考慮加工個(gè)面的精度要求、形狀特征等方面的因素。另外，在加工過(guò)程中要根據(jù)加工余量的差異選用相應(yīng)的工具，以降低切削力，提高工作效率，減少零件變形。

一般情況下，刀具切削角度、進(jìn)給速度等會(huì)對(duì)刀具的切削角度改變?cè)斐捎绊憽Ｔ诖诉^(guò)程中，如果在選擇時(shí)，刀具前后角發(fā)生改變，則將直接導(dǎo)致在加工中發(fā)生變形。當(dāng)后角變小問(wèn)題發(fā)生時(shí)，會(huì)導(dǎo)致較大的摩擦問(wèn)題，對(duì)薄壁零件的切削效果造成影響。通常情況下，在保證刀片的強(qiáng)度的前提下選取更大的前角，這樣既能把刀尖打磨得更銳利，又能減小切割變形，讓切屑順暢地排出，減小切削力，降低切削溫度。在粗銑削過(guò)程中，因?yàn)檫M(jìn)給大的切削負(fù)荷較重和發(fā)熱量較高，需要良好的冷卻環(huán)境，所以，要選用后角較小的刀面。在精銑削過(guò)程中，為了減少切削與被切削面之間的摩擦力，減少切削時(shí)的彈性變形，要選用后角較大的刀面。為了保證銑削過(guò)程的平穩(wěn)性，減小銑削時(shí)的切削力，在加工過(guò)程中，要盡量選取較大的螺桿角度，減少銑削力，有利于冷卻系統(tǒng)的散熱，降低加工區(qū)域的平均溫度。另外，在數(shù)控加工過(guò)程中，如果薄壁零件的切削角度出現(xiàn)問(wèn)題，將會(huì)嚴(yán)重影響數(shù)控加工的精度?；谝陨涎芯?，需要進(jìn)一步提高數(shù)控加工工藝質(zhì)量，才能有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)切削力的控制。

（三）走刀方式運(yùn)用問(wèn)題

在薄壁零件的數(shù)控加工中，走刀選擇是非常重要的環(huán)節(jié)。由于零件質(zhì)地輕薄，切削過(guò)程中由于徑向力的作用，會(huì)引起零件的受熱變形，從而使零件的尺寸不準(zhǔn)確。特別是在零件數(shù)控加工過(guò)程中，需要對(duì)走刀及其軌跡進(jìn)行合理的配置和修正，保證其在特定的生產(chǎn)過(guò)程中刀具可以連續(xù)、嚴(yán)格地根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)要求執(zhí)行走刀加工。另外，在一些生產(chǎn)車(chē)間，沒(méi)有對(duì)走刀模式進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)和分析，對(duì)新的走刀模式的研發(fā)工作沒(méi)有給予足夠的關(guān)注，這嚴(yán)重影響后期薄壁零件的數(shù)控加工工藝質(zhì)量2]。

二、薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量改進(jìn)方法

（一）對(duì)裝夾方案進(jìn)行優(yōu)化

隨著薄壁零件的數(shù)控加工工藝質(zhì)量提升已成為加工行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要環(huán)節(jié)。特別是在精密儀器等領(lǐng)域，薄壁零件的加工精度和質(zhì)量的提高，直接影響著整個(gè)結(jié)構(gòu)的綜合性能及使用壽命。為了改善零件的加工工藝質(zhì)量，對(duì)夾具進(jìn)行優(yōu)化是一項(xiàng)非常重要的工作。一是盡量使設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、技術(shù)基準(zhǔn)和程序設(shè)計(jì)基準(zhǔn)達(dá)到一致；二是使零件的各道工序盡可能地集中化，從而減小裝夾的數(shù)量，使零件一次裝夾就可以完成所有零件的切削；三是克服人工調(diào)試耗時(shí)、占用機(jī)床人力調(diào)試周期較大的問(wèn)題；四是夾緊力的施加位置應(yīng)在零件具有良好剛度的位置。傳統(tǒng)的薄壁零件由于壁薄和剛性差，在切削力的作用下容易發(fā)生變形，從而影響加工精度。因此，采用先進(jìn)的裝夾工藝是解決該問(wèn)題的關(guān)鍵。

比如，在機(jī)械加工中采用輔助支持裝置，可以大大提高零件加工的穩(wěn)定性。利用零件特定外形設(shè)計(jì)，對(duì)支撐點(diǎn)進(jìn)行了準(zhǔn)確的計(jì)算，使支撐點(diǎn)的受力均勻分布，減少其變形。采用有限元法，對(duì)薄壁零件成形過(guò)程中的受力情況進(jìn)行仿真預(yù)測(cè)，并采取優(yōu)化裝夾方案。通過(guò)對(duì)各裝夾持點(diǎn)的夾持力大小及方向進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，保證零件在加工過(guò)程中的穩(wěn)定性，減少了由于夾持力不足而造成的變形。

(二)切削參數(shù)優(yōu)化

從零件的特性和實(shí)際生產(chǎn)情況來(lái)看，采用從外側(cè)到內(nèi)側(cè)的環(huán)形刀具進(jìn)行銑削，可以獲得較好的切削效果和較低的應(yīng)力水平。從外側(cè)到內(nèi)側(cè)的環(huán)形刀具路徑加工出的刀具強(qiáng)化度、加工表面粗糙度、加工后的殘余厚度都比較低。在精整過(guò)程中，以小進(jìn)深、快進(jìn)刀為準(zhǔn)則，利用數(shù)控高速加工技術(shù)，對(duì)精整過(guò)程進(jìn)行精密切削，并對(duì)精整余量進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓浪?，并選用合適的工具以減小零件的大余量裁切，減小應(yīng)力變形。

針對(duì)高效加工方面，被加工材料、切削用量與切削刀具是三個(gè)主要因素。這些因素直接影響刀具的加工時(shí)間、加工質(zhì)量及刀具耐用度。經(jīng)濟(jì)與高效的加工方法需要對(duì)加工工藝參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇。編程人員在對(duì)切削量進(jìn)行確定時(shí)要依據(jù)工具的耐用性及設(shè)備使用說(shuō)明來(lái)決定各步驟所需的切削參數(shù)。還可以根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)采用類(lèi)比法來(lái)決定加工參數(shù)。在選擇切削參數(shù)時(shí)要確保刀具能夠完成零件加工，或者確保刀具的耐用度不少于一個(gè)工作班。在保證刀具剛性的前提下盡量使背刀量與零件的切削余量相等，降低刀具的走刀頻率，達(dá)到提高切削效率的目的。對(duì)具有高質(zhì)量與高精度的零件，應(yīng)預(yù)留一定的精加工余量，采用CNC加工時(shí)，其精加工余量要小于普通機(jī)床。

近年來(lái)，在制造領(lǐng)域，改善薄壁零件的加工工藝質(zhì)量，必須對(duì)其切削參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)切削用量進(jìn)行更精確的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的加工效果。合理增加刀具前、后角是實(shí)現(xiàn)最佳切削用量的重要手段。當(dāng)前傾角增加時(shí)，刀具的接觸面會(huì)變小，切削力也會(huì)相應(yīng)地下降，這樣就可以減少切削變形，有利于抑制積屑瘤的產(chǎn)生，從而改善加工工藝質(zhì)量。增加切削前角可以增加切削工具的抗磨損性能，延長(zhǎng)切削壽命。利用高速切削等方法，對(duì)薄壁零件進(jìn)行數(shù)控加工，可以提升加工效率。高速切削有效地降低零件及工具在切削時(shí)的變形，改善加工精度與表面質(zhì)量。對(duì)高速切削速率等參數(shù)精確控制，達(dá)到小切削力與高速切削的優(yōu)化。

（三)對(duì)加工路徑進(jìn)行改進(jìn)

加工路徑是保證產(chǎn)品質(zhì)量和效率的重要因素，通常要按照先主后次、基準(zhǔn)面先行的原理，采用小進(jìn)給量的高速切削方式，這樣可以減少切削過(guò)程中所承受切削力，并將大量切削熱通過(guò)高速拋出的碎屑達(dá)到降溫和減少熱變形的目的。與常規(guī)加工相比，CNC加工中心提升的高速度切削，可以免去其他工序如半精加工等工序的工時(shí)，進(jìn)一步減少零件的制造周期，提升生產(chǎn)效率。薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量提升已成為加工行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要環(huán)節(jié)。其中，工藝路線優(yōu)化是提高生產(chǎn)效率與降低成本的重要手段。常規(guī)薄壁零件通常采用逐層切削或分步切削的方法，不僅耗時(shí)長(zhǎng)，而且易造成刀具磨損加劇，影響加工精度與質(zhì)量。而采用一次切削的方法，通過(guò)對(duì)刀位軌跡的合理規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)對(duì)大量多余金屬的均勻去除，可以有效解決以上問(wèn)題。

例如，某家航空發(fā)動(dòng)機(jī)加工薄壁葉片采用一次性粗加工技術(shù)。利用智能對(duì)零件的幾何特性進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，對(duì)加工路徑進(jìn)行改進(jìn)。通過(guò)應(yīng)用，該切削方式可以減少 30% 的工具耗損率，并且可以節(jié)省 25% 的加工時(shí)間。同時(shí)，通過(guò)減少刀具更換及軌跡調(diào)節(jié)，使零件的加工精度提高 15% 以上，從而使零件的總體質(zhì)量及一致性得到明顯改善。優(yōu)化切削軌跡是指在保證零件幾何精度的同時(shí)，盡量減小刀具的應(yīng)力改變，減少刀具磨損，并提高刀具的使用壽命。比如，使用曲線過(guò)渡，避免突然轉(zhuǎn)向，并合理地計(jì)劃進(jìn)給速度。利用計(jì)算機(jī)輔助制造（ComputerAidedManufac-turing，CAM)軟件，將AI算法與CAM軟件相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)薄壁零件加工路徑的優(yōu)化。該軟件能依據(jù)材料的硬度和零件外形等，對(duì)刀具軌跡進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)節(jié)，保證刀具的受力均勻。應(yīng)用該方法可以使工具使用壽命提高 40% ，而加工表面粗糙度下降 20% ，從而提高了生產(chǎn)效率]。

(四)輔助支撐和冷卻

薄壁零件的數(shù)控加工工藝質(zhì)量提升，還需要對(duì)傳統(tǒng)加工工藝進(jìn)行精細(xì)改造，而輔助支承和冷卻方式的優(yōu)化是提高其加工精度和效率的重要手段。薄壁零件由于其自身的結(jié)構(gòu)特性，在切削時(shí)容易產(chǎn)生較大的變形，從而對(duì)零件的尺寸精度及表面質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響。要解決這一問(wèn)題，必須在支架內(nèi)填充填料。比如，將低熔點(diǎn)易剝離的物質(zhì)，如石蠟等注射到薄壁零件內(nèi)，可以有效提高零件的剛度，抵御切削力導(dǎo)致的變形。

例如，某航空發(fā)動(dòng)機(jī)的薄壁葉片，其內(nèi)部支承材料為石蠟。通過(guò)對(duì)充填量和定位的準(zhǔn)確計(jì)算，使高速銑削時(shí)葉片的變形減少 30% 。在加工結(jié)束后，采用加熱設(shè)備將石蠟熔化排放，從而保證葉片的最終尺寸精度為 ±0.02mm ，較無(wú)支承材料時(shí)的質(zhì)量提高了一倍。切削時(shí)的高溫是造成零件熱變形和刀具磨損加劇的重要因素。因此，通過(guò)合理的冷卻方式，可以對(duì)切削面溫度進(jìn)行有效的調(diào)控，提高加工工藝質(zhì)量。在現(xiàn)代化數(shù)控機(jī)床中，常使用高氣壓的冷卻方式，如通過(guò)噴頭將冷卻液準(zhǔn)確地噴入零件的接觸點(diǎn)，帶走切削熱，并通過(guò)對(duì)冷卻的壓力與流量進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的冷卻效果。比如，鋁合金薄壁零件采用冷卻技術(shù)，實(shí)現(xiàn) 20±2^°C 的冷卻，使其熱變形降低45% ，工具使用壽命提高 25% 。改進(jìn)后的冷卻效果可以使加工周期縮短 10% ，大大提高了加工效率，降低了加工成本[4。

(五）工藝優(yōu)化

薄壁零件的數(shù)控加工工藝質(zhì)量提升方式發(fā)生了革命性變化，利用算法技術(shù)進(jìn)行工藝優(yōu)化，可以提高其加工效率和精度。該方法利用高級(jí)算法，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，可以對(duì)工藝加工過(guò)程進(jìn)行智能監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。采用高精度傳感技術(shù)和人工智能監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床振動(dòng)頻率、溫度等參數(shù)的實(shí)時(shí)采集。將采集的加工數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送至邊緣計(jì)算平臺(tái)，通過(guò)智能算法對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行快速分析和處理，進(jìn)而對(duì)加工工藝進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化。比如，在鋁合金薄壁零件加工中，通過(guò)對(duì)切削力的實(shí)時(shí)反饋，實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具進(jìn)給速度和切削用量的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，在保證高效率的前提下減少由于工藝參數(shù)不合理而造成的零件變形和損傷。

比如，某家汽車(chē)企業(yè)在對(duì)薄壁零件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和優(yōu)化后，其精度提高了 20% ，而生產(chǎn)率提高了15% 。還可以根據(jù)零件的幾何特性、機(jī)床特性，對(duì)加工軌跡進(jìn)行規(guī)劃。利用深度學(xué)習(xí)算法對(duì)切削數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，在各種工況下合理選擇刀具路徑，并有效地規(guī)避傳統(tǒng)的刀具路徑選擇中的碰撞等問(wèn)題。比如，在曲面薄壁零件加工中，利用AI算法生成的軌跡較手工設(shè)計(jì)軌跡可以減少 30% 的無(wú)效移動(dòng)，大大縮短了加工時(shí)間，同時(shí)也大大減少了刀具損耗。通過(guò)對(duì)切削時(shí)間量和冷卻狀態(tài)等數(shù)據(jù)的分析，可以對(duì)其進(jìn)行精確的預(yù)測(cè)，并對(duì)其將來(lái)的磨損趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。在檢測(cè)刀具接近“臨界磨損\"時(shí)，能及時(shí)提示操作者進(jìn)行相應(yīng)的更換，有效地降低刀具的磨損。同時(shí)，還可以通過(guò)對(duì)表面質(zhì)量的預(yù)測(cè)，預(yù)先調(diào)整工藝參數(shù)或者選用適合的刀具，從而保證零件質(zhì)量符合相關(guān)要求。

結(jié)語(yǔ)

在薄壁零件加工中，其工藝質(zhì)量受多種因素的影響。因此，需要對(duì)其進(jìn)行科學(xué)分析和判斷，采取有效的改進(jìn)方法。技術(shù)人員要對(duì)薄壁零件加工工藝進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，使其加工工藝精度和質(zhì)量得到進(jìn)一步的提升，降低加工成本，提升加工效率，從而促進(jìn)數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳祥.薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量改進(jìn)方法[].黑龍江科學(xué)，2023，14(12):24-26.

[2]賀朝偉.數(shù)控加工中薄壁零件加工工藝分析.中國(guó)機(jī)械，2023(16):49-52.

[3]鐵正，杜宏宇.數(shù)控車(chē)床加工薄壁零件的工藝研究[].南方農(nóng)機(jī)，2024，55(19):144-147.

[4]李昊，王威，韓朝陽(yáng)，孫占濤.薄壁零件數(shù)控加工工藝的改進(jìn)優(yōu)化分析J].集成電路應(yīng)用，2024，41(02):82-83.

[5]滕天馨，劉彩軍，孫偉，張賀東，李磊.薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量問(wèn)題及改進(jìn)策略分析.中國(guó)設(shè)備工程，2024(15):123-125.

作者簡(jiǎn)介：董喆（1984.05—），男，漢族，河南蘭考人，本科，數(shù)控高級(jí)技師，三級(jí)技能專家，研究方向：數(shù)控大型薄壁零件制造與加工。