薄壁零件的加工振動分析與加工工藝優化對策

李洋

摘 要：機械制造技術、數控加工技術等的發展與進步直接催生了薄壁零件的產生與應用，與傳統零件相比，薄壁零件有著諸多的優勢，在現代工業領域有著廣泛的應用。文章在簡單介紹薄壁零件基本內容基礎上，對薄壁零件的銑銷加工振動、數控加工精度影響因素進行了詳細分析，并提出了薄壁零件加工工藝的優化對策，以期能夠提高薄壁零件數控加工精度，改善產品質量，優化加工工藝。

關鍵詞：薄壁零件；銑銷加工；振動；加工工藝；優化

中圖分類號：TG506 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）21-0010-02

雖然薄壁零件在現代工業生產中占據十分重要的地位，但其在加工過程中，因零件本身結構、形狀的復雜，加工工藝的不夠成熟，及加工過程中會受到振動等因素的影響，使得薄壁零件數控加工的精度與加工質量常常會受到不利影響，難以滿足工業生產要求。

若薄壁零件數控加工精度與質量得不到保證，那么行業發展將會受到嚴重限制。所以，分析薄壁零件加工振動與加工工藝至關重要。

1 薄壁零件基本內容

壁非常薄的零件即為薄壁零件。薄壁零件采用數控加工工藝的步驟主要包括三部分，即設計編程、加工和成品檢驗。

設計編程階段就是對欲生產的薄壁零件結構、形狀、規格等進行設計，并對該零件的加工工藝進行編程；

加工階段就是按照設計要求利用事先編好的程序對薄壁零件進行數控加工；

成品檢驗階段就是對加工好的薄壁零件成品的質量、精度、規格等進行抽樣檢查與合格驗收[1]。

對于這種零件要滿足薄壁條件，就意味著零件的強度與抗變形能力會變差，而在薄壁零件各種工藝加工過程中，熱處理、銑銷、硬化處理等流程均會造成薄壁零件的變形，所以加工精度控制在薄壁零件生產加工過程中是非常重要的一環。

2 薄壁零件的加工振動分析

2.1 薄壁零件的銑削加工振動

在薄壁零件加工過程中，受零件本身特性的影響，銑銷加工時零件往往會因受到刀具銑銷力的作用而發生彈性偏轉，從而容易產生加工振動，對薄壁零件的加工質量與精度帶來負面影響，降低零件成品合格率。

所以，在分析薄壁零件加工振動時，由于銑銷加工刀具所產生的銑銷力是造成加工振動的一個最主要原因，因而需要重點分析銑銷力這一因素[2]。

在實際分析時，首先應對零件的加工振動情況進行分析，然后開展銑銷實驗，在實驗中建立一個薄壁零件振動模型，在該模型下模擬實際加工條件，對產生的銑銷力進行判斷并與實際誤差進行比較，若結果偏小，則說明模型有效，假設成立，那么在實際加工時就可以按照該模型進行加工。

2.2 薄壁零件數控加工精度的影響因素

結合實踐經驗，從薄壁零件的加工過程來看，零件自身結構特性、處理工藝、使用刀具、裝夾方式等都是影響薄壁零件數控加工精度的主要因素。

由于零件本身壁薄，抗變形能力差，強度低，材質本身輕薄，因而在外力的作用下很容易發生變形、彈性偏轉等現象，這就會引起加工振動，而加工振動的產生無疑會嚴重影響薄壁零件加工精度。例如，零件裝夾裝置，當裝置受到外力作用時，零件在夾緊的狀態下就會形成與裝置類似的形狀，導致薄壁零件形狀發生改變，按照原來的程序可能就會出現不適應現象，影響薄壁零件加工精度[3]。

不同刀具切入角度對薄壁零件所產生的變形影響也較為明顯。由于刀具類型、角度的不同對薄壁零件表面粗糙度產生的適應性也不同，在數控機床加工或銑銷加工過程中，主偏角角度大小直接決定著薄壁零件徑向切削力的受力情況。

3 薄壁零件加工工藝的優化對策

3.1 合理選擇刀具等加工工具

刀具的類型、刀具路徑、切入角度等都會給薄壁零件數控加工精度帶來影響，只有刀具類型適合，刀具路徑與角度設置合理，薄壁零件的數控加工精度才能得到有效提高，質量才能得到較好保證。

所以，優化薄壁零件加工工藝，合理選擇刀具非常重要[4]。為保證刀具選擇的恰當合理，在選擇時首先應對車床的類型進行充分考慮，根據不同車床選用相適應的刀具，如對于車螺紋一般適宜選用機夾刀，對于外圓的精車一般適宜選用90度合金刀具，對于鏜孔用鏜刀以機夾刀為宜等。

合理選擇刀具不僅能夠較好的滿足薄壁零件剛性要求，而且可以較好的避免加工過程中因刀鈍而換刀情況發生。在保證刀具選擇合理的前提下還應對銑銷參數進行合理設計，包括銑銷深度、銑銷力大小、銑銷速度等。

3.2 充分考慮零件的結構特性

由于零件本身的結構特性也是影響薄壁零件數控加工精度的一個重要因素，所以在優化薄壁零件加工工藝時需要對零件的結構特性進行充分考慮。

首先，對零件材質的特性進行充分考慮，思考薄壁零件在加工過程中可能承受的銑銷力大小，然后對零件的結構、形狀、應用場合等進行綜合考慮，科學設計零件結構與形狀，確保零件在該領域有著良好的適應性。

此外，還需考慮的內容有零件加工精度、裝夾位置，夾緊力大小等，深入分析裝夾可能給薄壁零件帶來的變形，對精密薄壁零件的定位、裝夾位置進行重點分析，預測裝夾位置可能給零件帶來的外力大小與作用方向，以便對零件銑銷加工方式、刀具路徑與速度等進行合理設定。

通過對零件本身結構特性的充分考慮，提高薄壁零件對數控加工工藝的適應性與抵抗性，提高薄壁零件數控加工精度，優化零件加工工藝。

3.3 改進零件裝夾方式

裝夾裝置給薄壁零件產生的裝夾力是影響薄壁零件數控加工工藝水平與加工精度的重要因素之一，改進裝置對零件的裝夾方式，可以減小裝夾力對薄壁零件數控加工工藝的影響。就加工實際情況而言，若薄壁零件剛度較小、強度較低，那么在數控加工過程中，裝夾力較大就容易造成零件變形。

實際上，除了裝夾力之外，支撐力也會對薄壁零件產生一定影響[5]。支撐力的存在是為彌補薄壁零件本身剛度較小一缺陷，若支撐力過大不但不會起到支撐的作用，反而會增加薄壁零件外力作用。

因此，通常情況下支撐力應作用在薄壁零件強度較小的表面之上，而裝夾力應作用在薄壁零件剛度較大的表面之上，通過裝夾力與支撐力的合理布置，從而起到一個良好的彌補作用，改進薄壁零件裝夾方式，實現薄壁零件數控加工工藝的優化。

對于裝夾裝置與裝夾位置的改進，需要在進行大量詳細數據分析的基礎上，由專業人士制定出一套具體的、切實可行的改進方案，實現裝夾裝置與裝夾位置的改進。

3.4 修正刀具路徑

刀具路徑作為影響薄壁零件數控加工精度與質量的重要因素之一，有必要對給薄壁零件加工精度造成負面影響的路徑進行修正。

在薄壁零件正常加工過程中，對于刀具路徑的確定首先得對薄壁零件的變形情況進行充分考慮，因為薄壁零件變形情況直接影響著零件自身的加工質量，而其變形程度在一定程度上由刀具路徑所決定。

在充分考慮加工過程中夾緊與銑銷可能對薄壁零件造成的變形及回彈量前提下，通過試驗等方式不斷對刀具路徑即入刀位置與切割方向進行調整和修正，并對刀具路徑進行補償，使刀具路徑對薄壁零件加工時所產生的變形等影響降至最低限度。

由于薄壁零件銑銷加工是一個動態的持續進行的過程，因而對于刀具路徑的修正也應隨時跟進。這就需要加工人員對薄壁零件加工過程中的狀態進行全面細致的觀察，只要狀態出現偏差就立刻修正刀具路徑，確保刀具路徑在整個加工過程中均被控制在正確的軌道之上。

總之，刀具路徑的修正是提高薄壁零件數控加工精度，優化加工工藝的一個有效手段。

4 結 語

在我國推動經濟、技術發展過程中，作為汽車、航空航天、工業等諸多領域主要機械零部件的薄壁零件，在其中發揮著巨大的作用。

隨著社會的不斷進步，相關制造企業應總結經驗教訓對薄壁零件加工工藝、數控車車床、銑銷加工工藝等進行不斷優化完善，以提高薄壁零件加工精度和加工質量，為國內航空航天、工業等的發展注入新的生機與活力。

參考文獻：

[1] 朱婧怡. 基于加工誤差綜合分析的薄壁件工藝順序及參數優化方法 研究[D].上海：東華大學，2010.

[2] 俞松.薄壁零件的加工振動分析與加工工藝研究[J].品牌，2014，11：292.

[3] 劉學航，周為，周文超，等.振動頻譜分析協助下薄壁零件加工工藝參數 優化[J].機床與液壓，2015，08：38-40+43.

[4] 姜曉華.薄壁零件沖壓模具加工工藝過程可靠性分析[D].沈陽：東北大 學，2010.

[5] 韓前衛.航空航天薄壁框體零件的高效加工工藝分析[J].裝備制造技 術，2012，11：79-81.