高速铣削加工技术在石墨电极生产上的应用具有许多优势,不仅可以获得比常规加工更高的表面质量,而且由于高速铣削的切削力小,有利于加工刚性较差的薄壁零件。但加工变形和断裂仍是石墨薄壁件高速加工过程中遇到的难题。由于加工变形使加工质量下降,而加工工件断裂直接导致零件报废。目前,对石墨薄壁件高速铣削加工技术研究还不够深入,在企业实际生产中,编程策略和工艺参数主要还是依靠编程员根据现场经验进行选取,常会出现加工精度差,崩角崩边现象频繁等。因此,本文针对石墨薄壁件高速铣削加工过程中出现的问题,采用理论分析、实验分析和有限元仿真相结合的方法,对石墨薄壁件高速铣削时的加工变形和加工工件断裂展开研究。为了更好地研究分析切削力对加工变形和断裂的影响,本文采用正交实验分析切削参数对石墨材料高速铣削切削力的影响,建立了径向平均切削力经验公式,并进行了实验验证。实验表明,每齿进给量、轴向切深和径向切深对切削力的影响都比较显著,并且都随切削用量的增加而增加;随着切削速度的提高,切削力逐渐增加,但增加的幅度不大。通过石墨薄壁件高速铣削加工变形实验研究,分析了加工变形对加工质量的影响,采用正交实验和单因素实验方法研究切削参数对加工变形的影响,找出了主要的影响因素。研究结果表明,石墨薄壁件在高速铣削加工时的加工变形会导致工件出现上厚下薄和工件上端表面质量降低;除切削速度外,各切削参数用量对薄壁件加工变形量的影响都较为显著;在顺铣加工时,薄壁件加工变形量随着每齿进给量和轴向切深的增大而增大,随着径向切削深度的增加而减小;其中当径向切深较小时(即工件精加工前壁厚较小)加工变形增大的趋势尤其明显。因此,为了减小加工变形,建议前一道工序(粗加工)预留较大的加工余量,使薄壁件在精加工前的原始厚度增加,刚性提高,再以较大的径向切深一次走刀完成精加工,从而避免让刀、弹刀等现象,实现石墨薄壁件的高质量加工。建立石墨薄壁件高速铣削加工变形的有限元模型,对加工变形进行了模拟分析,研究高速铣削加工过程中薄壁件不同位置点在刀具铣削作用下的变形特征。模拟结果显示:薄壁件的加工变形沿工件高度方向由下往上逐渐变大,且两端比中间明显:沿工件长度方向,加工变形由大逐渐减小,到薄壁件的中间位置时最小,然后又逐渐增大。因此,最后加工出来的薄壁件总体上看来沿高度方向呈上厚下薄,沿长度方向呈两端厚中间薄的形状。切削参数和加工策略对加工误差的影响很大,尤其是径向切深较小时,加工变形导致的加工误差较大,这与实验结果完全一致。此外,采用双侧铣削的加工策略比单侧铣削的加工变形明显减小。采用在线摄影的方法,观察记录了石墨薄壁件高速铣削的加工工件断裂过程。结果表明,当加工的薄壁件厚高比比较小时,薄壁件加工变形较大时,回弹过切严重,这是导致加工工件断裂的原因之一。径向切深很小时,在刀具切入瞬间整个工件可能会从集中应力最大的根部断裂:在采用双侧铣削加工策略时,若拐弯进给速度过大,在加工薄壁件的末端侧面时可能会发生工件断裂。此外,通过扫描电镜对断口形貌的观察,发现在薄壁件的刀具切出处的崩角主要是拉应力作用的结果。在上述研究基础上,提出了减小石墨薄壁件加工变形及加工工件断裂概率的工艺原则及工艺方案,并通过加工实例说明方案的合理性和有效性,成功实现了厚高比1:250,厚0.1mm、高25mm、长30mm的石墨薄壁件加工。