薄壁零件的数控铣削加工与夹具研究

毛云秀 苏亚滨

【摘 要】薄壁零件制造精度要求高，难度大，工艺复杂，在对其进行铣削加工的过程中，薄壁零件极容易发生变形。薄壁零件的加工质量和加工精度受多方面因素的影响，工艺系统、内应力作用、热变形都有造成加工误差。本文基于薄壁零件的结构特点，分析其加工工艺特点和影响加工精度的主要因素，以铝合金薄壁零件为例，着重研究利用数控机床铣削加工薄壁零件过程中的工件装夹。

【关键词】薄壁零件 铣削加工 装夹

经济的飞速发展，加工制造业机遇与挑战并存，提高机械加工制造的技术水平、提升生产效率、降低成本是现今我国加工制造业发展的主题。薄壁零件是典型的轻量化结构，不但具有轻重量、高强度的特点，而且造型美观，广泛应用与汽车、航空、航天、工业等领域。但是因为其结构复杂，受力形式多样，使其在加工制造的过程中很容易发生变形，工艺难度高。本文以铝合金薄壁零件的铣削加工为例，重点对数控机床在薄壁零件加工过程中工件的装夹和夹具的设计进行研究和探讨。

1 薄壁零件的结构特点和工艺特点

薄壁零件相对于其它普通零件不仅重量很轻而且具有很高的强度和刚度，也正因为薄壁零件这些优势，使其在各大领域广泛应用。特别是是在航空领域，薄壁零件能够很好的满足航空产品对零件重量和强度的要求。薄壁零件值得是壁厚在3mm以下的零件。薄壁零件常用的材料为铝合金，这主要是由于铝合金材料具有密度小、耐腐蚀能力强、有良好的塑性而且容易加工、经济性好等特点。薄壁零件结构复杂，相对体积较大，在应用中，不仅要满足零件设计性能的基本要求，同时还要在重量上满足要求。不同领域对不同的薄壁零件在结构上也有所不同。

鉴于薄壁零件特有的结构点，在加工工艺上与其它普通机加工零件也有所不同。薄壁零件整体体积较大，具有复杂的结构，加上在壁厚上比其它普通零件要薄得多，应用数控机床进行铣削加工的过程中很容易产生变形，控制零件变形并对变形进行矫正是薄壁零件在加工过程中的重点和难点问题。薄壁零件截面积小，外廓尺寸却相对较大，随着零件加工的进行，刚性降低，受铣削振动的作用，零件的加工精度受到影响。在精度方面，除了对薄壁零件的尺寸精度要求很高外，对协调精度也有很高的要求。特别是槽口、结合孔、接头等部分必须保证很高的位置精度，要使零件满足装机的使用要求，必须保证装配表明的加工合乎要求，与协调依据相符合。

2 工件的装夹

工件在数控机床加工，装夹是最基础的步骤，装夹主要包括工件的定位和夹紧两个步骤。这两个步骤相互关联，两者同样重要，对工件的加工都起着基础作用。这两个步骤的顺序不是固定的，有的工件在机床上进行装夹时，先定位再夹紧，而有的工件在机床上装夹时，是定位和加紧同时进行的，根据具体的工件加工要求来确定。

薄壁零件在多个领域中应用，其中以航空航天制造领域应用最为广泛，是飞机制造中不可或缺的结构件。这些结构件普遍体积较大，而且壁很薄，在刚度上较弱，在加工过程中容易产生变形。在数控机床切削加工的过程中往往有很大的余量，加工周期长，在精度控制上有很大的难度。可以说，装夹方式是否科学正确对于加工精度和加工效率都影响巨大。现今对于薄壁零件的装夹方式多采用机械、液压可调夹具以及真空吸附装夹等方法。其中液压可调夹具的特点在于可利用液压可调夹具对压紧进行适当的调整，也就是说在对薄壁零件切削加工的过程中可以将夹具松开，在加工区将刀具移出，能够保证刀具对于工件的切削保持连续的轨迹。当刀具切过压紧的位置后，在将压板重新回到原来设定的压紧位置。所谓结构的调整指的是将夹具的部分组件进行更换或者修改，用以对不同零件不同的加工要求需要的不同装夹方式加以适应，必然对基础垫板的更换、对夹具的重新组合等等。真空吸附夹具的优势在于既能够将工件平稳可靠的夹紧，有能够保证工件表面的完整性。真空吸附夹具以的动力源为真空压力，这尤其适合表面光滑工件的装夹加工，能够很好的解决不适合夹取的工件的装夹要求，完成各种机械加工任务。

3 工件的夹具设计方案要求

数控机床的夹具是工艺系统的重要组成部分，执行重要的切削加工任务。对于薄壁零件的铣削一般会采用高速切削的方法，这对于工件的夹具和具体的装夹也提出了更高的要求，主要体现在：第一，薄壁零件在夹紧时一定要保证装夹位置的高度精确性；第二，在夹紧后，尽可能的保证工件不发生变形或者微量变形；第三，在进行铣削的过程中，在以发生变形的方向上要尽量减小切削力；第四，装夹要稳定可靠，便于拆卸；第五，夹具要具有良好的可改造性，以满足不同工件加工的装夹要求。

在对薄壁零件进行机械加工的过程中，对于工件的定位和加紧要重视二者之间的密切关联。在工件安装时首先要在夹具的定位机构中将工件正确放置，确保工件在预定的正确位置上。然后对工件压紧夹牢，保证其在进行铣削加工的过程中不会因为各种力的作用和振动的影响发生位置改变。工件在夹具中加紧有多种方式，在实际操作过程中，为了保证加工精度和加工质量，一定要注意夹紧力方向要正确，确定夹紧力的大小和作用点。变形是影响工件精度的最主要因素，要减小工件变形，可通过以下方法来解决：第一，调整夹紧力的树木，将集中夹紧改为分布加紧，这样可有效避免局部加紧集中造成局部发生过大变形；第二，调整夹紧力的位置，将位置设定在刚性好的表面上，将支撑力作用于刚性差的表面上；第三，调整夹紧力的大小，在满足稳定性要求的前提下，尽量采用小的装夹力。

4 结语

综上所述，薄壁零件因其结构复杂，工件壁薄，对其进行数控铣削加工比其它普遍零件的机械加工难度要高，工艺也更加复杂。薄壁零件的加工精度受多方面因素的影响，夹具是机床加工系统的基础组成部分，也是工件铣削加工的最基本的环节，因此，夹具设计是否合理，装夹是否正确对于薄壁零件的加工精度有重要的影响。我们在实际的工作中，要对此环节加以充分的重视，在工作中不断总结经验，不断完善夹具设计，使其能够满足多种类型薄壁零件的加工需求。

参考文献：

[1]田姜涛.铝合金薄壁零件精密加工[D].上海交通大学硕士学位论文，2012.

[2]付敏.高速铣削铝合金加工技术的研究[D].哈尔滨理工大学硕士学位论文，2014.

[3]王少红.航空薄壁零件的铣削加工变形控制研究[D].大连交通大学硕士学位论文，2012.