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摘要：薄壁件加工难度大，容易变形废品率较高，因此大多采用数控车削和铣削方式进行加工;本文以加工中心加工典型的薄壁类零件为例，利用合理的加工工艺，在保证零件加工精度要求和有效地提高零件加工效率等方面进行探讨。
关键词：加工中心;薄壁类;加工工艺;精度
中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）14-0115-02
0 引言
加工中心加工零件过程中经常碰到薄壁类零件，影响薄壁零件加工精度的因素有很多，但归纳起来主要有以下三个方面：
①受力变形。因工件壁薄，在夹紧力的作用下容易产生变形，从而影响工件的尺寸精度和形状精度。②受熱变形。因工件较薄，切削热会引起工件热变形，使工件尺寸难于控制。③振动变形。在切削力（特别是径向切削力）的作用下，很容易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度、形状、位置精度和表面粗糙度。
这类零件以模具加工中电极类居多。薄壁类零件铣削如果刀具、夹具、工艺参数、刀路等处理不好不仅容易零件变形同时也会出现上下壁厚不均匀等现象（上厚下薄），所以要认真研究找到解决问题的具体方法。
1 零件图分析
1.1 材料和夹具分析
本零件是典型的电极薄壁类零件，是箱体塑料模具里的加强筋。电极的材料一般是铜合金，铜合金比较软，延展性能好所以也比一般金属更容易变形，加工性能比较差。本零件如图1所示壁厚只有1.8mm，公差也只有0.05mm，高度为18mm，宽和高之比达到了1：10。但本零件结构上还是比较简单的，对装夹要求也高，一般的通用夹具上就能完成，可以采用平口钳之类的通用夹具进行装夹。
1.2 刀具选择
铜合金材料硬度低，但耐磨韧性比较高，在加工过程中容易粘刀产生切削瘤。所以在选择刀具需要考虑到其刀具的锋利程度、刚性。一般我们常用的铣刀为高速钢铣刀和硬质合金铣刀，硬质合金比高速钢铣刀整体性能高很多，特别是刚性和使用寿命比高速钢高6到80倍，线速度也要高4到7倍，更适合高速切削，对本薄壁类零件更适合。
刀具的直径一般按照图纸最小内圆弧为参照，经量选择刀具直径大的铣刀进行加工，有利于提高加工效率、增加刀具的使用寿命等。但针对薄壁类零件的精加工需要考虑刀具的直径越大径向的切削受力也会更大，使用需要考虑到受切削力的影响选择刀具直径小的进行薄壁类零件的精加工。在保证刀具有效长度的情况下本零件用的刀具为Ф4的硬质合金大螺旋角（60°）的刀具作为本零件的最后精加工所用的刀具。
2 加工工艺分析
加工中心对薄壁类加工工序一般遵循按薄壁顶面优先，粗加工和精加工分开的原则，即薄壁面的加工线先粗加工再半精加工然后通过时效处理后进行精加工。具体工序安排如下：
①薄壁顶面加工。先安排薄壁顶面加工，如果先安排薄壁侧面加工再安排其顶面加工会导致刀具在加工顶面时受到其横向或者径向的切削力使加工过程中刀具和零件发震，其工件产生薄壁零件的变形。所以需要有为加工的材料作为支撑，这样能有效的解决在加工薄壁类顶面的时候使工件产生变形的情况。具体工步为先用Ф38的面铣刀光上表面→Ф16 R2的牛鼻刀加工到31 0/-0.1深度7的台阶面→Ф10 R2内R铣刀（成型刀效率高，加工表面质量好所以选择成型刀加工R2圆弧倒角）加工R2圆弧。
②粗加工。粗加工的目的是为了提高加工效率，快速的切削掉多余材料。针对薄壁类的特殊零件粗加工留给半精加工余量要比一般产品大一些，防止粗加工切削时因切削速度快、背吃刀量过大造成浪刀过切等现象。电极类零件材料都是铜合金，表面没有发硬的氧化皮，所以粗加工我们选择顺铣进行加工。顺铣加工比逆铣加工走刀平稳不易发震。走刀方式也不宜采用平行走刀方式要采用环绕式走刀，环绕式走刀能有效降低刀具切削时对薄壁面直接的冲击力，减少薄壁变形。刀具也应该选择有足够刚性的，针对本零件粗加工我们选择Ф10的硬质合金刀具进行粗加工（螺旋角可以选择45°刀具，有利于粗加工排屑）。粗加工余量单边留1mm左右。
③半精加工。一般产品我们加工往往会跳过半精加工，粗加工后就直接精加工处理。但薄壁类零件比较特殊，半精加工不可省略。原因是半精加工可以加工掉粗加工留下的过多余量（Ф10的刀具留下的余量还是挺大的），如果留下过多的余量精加工又要考虑变形使用直径比较小的刀具，在直径比较小的刀具碰到大余量时就容易崩刀。再是考虑到在加工前原材料的内应力相对来说是在于一种平衡状态，但在加工后去除了一些材料后，会打破零件本身的内应力的平衡状态，这时工件需要重新达到内应力的平衡状体，所以外形就发生了变化。所以一般这类对精度要求比较高薄壁类的零件在粗加工后都需要安排内应力的时效处理，然后进行精加工。综上所述半精加工我们选择Ф6硬质合金铣刀进行加工，余量单边留0.1mm左右。
④精加工。精加工是最为关键的一环，其走刀路线和切削用量的选择直接决定着零件的合格率。刚切削切入时，切削力会显著变大这时对于薄壁类零件的冲击就很大极易产生变形。所以我们需要细化走刀路径，保持刀具切入角恒定，减小刀具的径向受力过大产生变形。其次切削起点我们一般选择刚性比较好的区域，如图1零件图所示通过有限元分析中间的明显比旁边的刚性高十几倍，所以我们可以选择零件中心R角处进行切入切出处理。走刀路线也应该遵循顺铣加工，加工用分层铣削加环绕走刀式，可以有效降低刀具对薄壁的冲击力。切削用量也应遵循高转速低进给的方式减少其变形。注意，在粗加工后精加工前需要进行时效处理，防止内应力发生变化而影响精度。
具体工艺参照工艺卡片如表1所示。
3 加工中的注意事项
3.1 切削液的使用
薄壁类零件在加工过程应考虑到其热变形因素，在加工过程中应充分使用合适的切削液。切削液可以有冷却、润滑、冲洗和防锈的作用，对于本产品切削液作用更加明显，不仅有上诉这些作用还可以起到降低切削阻力的作用，对薄壁类零件作用非常大。所以我们可以根据该零件的材质和刀具的要求，选择合适的冷却液，通过充分浇注冷却液，降低切削温度，减少工件的热变形。切削液还能有效的辅助排屑，防止在加工硬度低的有色金属时常出现的切削瘤等现象。在精加工过程中也要时刻关注切削液是否正常，切削液不正常时精加工中必须先暂停加工防止工件报废。
3.2 编程控制精度研究
加工中心的精度控制一般以数控机床加工零件过程中，当粗加工或者半精加工结束后，只要对精度误差进行一次修调，就可保证零件的加工精度。但我们在实际加工中由于产品批量大小，装夹方式的不同，加工工艺的不同，相应的编程方法也会有区别，需要我们灵活运用。有时候需要考虑机床反向间隙误差、夹具误差、定位基准误差等综合考虑。在铣床编程上我们保证精度在同一个工步中一般是通过修改刀补进行的，所以在编程时使用尺寸数据经量按照折中进行编写，有助于通过修改刀补的同时有效的控制本道工步中所有的尺寸。如图1零件图所示，编程时应该把56mm和30mm尺寸编写为55.95mm和29.95mm，进行编写。
4 结语
电极类薄壁类零件只有解决变形问题才能保证产品精度和质量。通过实际加工和理论综合分析，我们针对多个变形因素综合考虑对其工艺进行研究优化，提高了加工效率并获得良好的加工精度。
参考文献：
[1]杜家熙.数控加工工艺[M].机械工业出版社，2009.
[2]周文玉.数控加工编程及操作教程[M].中国轻工业出版社，2008.
[3]王森林.薄壁类零件加工变形的解决工艺方法[J].锻压装备与制造技术，2014（3）.
关键词：加工中心;薄壁类;加工工艺;精度
中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）14-0115-02
0 引言
加工中心加工零件过程中经常碰到薄壁类零件，影响薄壁零件加工精度的因素有很多，但归纳起来主要有以下三个方面：
①受力变形。因工件壁薄，在夹紧力的作用下容易产生变形，从而影响工件的尺寸精度和形状精度。②受熱变形。因工件较薄，切削热会引起工件热变形，使工件尺寸难于控制。③振动变形。在切削力（特别是径向切削力）的作用下，很容易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度、形状、位置精度和表面粗糙度。
这类零件以模具加工中电极类居多。薄壁类零件铣削如果刀具、夹具、工艺参数、刀路等处理不好不仅容易零件变形同时也会出现上下壁厚不均匀等现象（上厚下薄），所以要认真研究找到解决问题的具体方法。
1 零件图分析
1.1 材料和夹具分析
本零件是典型的电极薄壁类零件，是箱体塑料模具里的加强筋。电极的材料一般是铜合金，铜合金比较软，延展性能好所以也比一般金属更容易变形，加工性能比较差。本零件如图1所示壁厚只有1.8mm，公差也只有0.05mm，高度为18mm，宽和高之比达到了1：10。但本零件结构上还是比较简单的，对装夹要求也高，一般的通用夹具上就能完成，可以采用平口钳之类的通用夹具进行装夹。
1.2 刀具选择
铜合金材料硬度低，但耐磨韧性比较高，在加工过程中容易粘刀产生切削瘤。所以在选择刀具需要考虑到其刀具的锋利程度、刚性。一般我们常用的铣刀为高速钢铣刀和硬质合金铣刀，硬质合金比高速钢铣刀整体性能高很多，特别是刚性和使用寿命比高速钢高6到80倍，线速度也要高4到7倍，更适合高速切削，对本薄壁类零件更适合。
刀具的直径一般按照图纸最小内圆弧为参照，经量选择刀具直径大的铣刀进行加工，有利于提高加工效率、增加刀具的使用寿命等。但针对薄壁类零件的精加工需要考虑刀具的直径越大径向的切削受力也会更大，使用需要考虑到受切削力的影响选择刀具直径小的进行薄壁类零件的精加工。在保证刀具有效长度的情况下本零件用的刀具为Ф4的硬质合金大螺旋角（60°）的刀具作为本零件的最后精加工所用的刀具。
2 加工工艺分析
加工中心对薄壁类加工工序一般遵循按薄壁顶面优先，粗加工和精加工分开的原则，即薄壁面的加工线先粗加工再半精加工然后通过时效处理后进行精加工。具体工序安排如下：
①薄壁顶面加工。先安排薄壁顶面加工，如果先安排薄壁侧面加工再安排其顶面加工会导致刀具在加工顶面时受到其横向或者径向的切削力使加工过程中刀具和零件发震，其工件产生薄壁零件的变形。所以需要有为加工的材料作为支撑，这样能有效的解决在加工薄壁类顶面的时候使工件产生变形的情况。具体工步为先用Ф38的面铣刀光上表面→Ф16 R2的牛鼻刀加工到31 0/-0.1深度7的台阶面→Ф10 R2内R铣刀（成型刀效率高，加工表面质量好所以选择成型刀加工R2圆弧倒角）加工R2圆弧。
②粗加工。粗加工的目的是为了提高加工效率，快速的切削掉多余材料。针对薄壁类的特殊零件粗加工留给半精加工余量要比一般产品大一些，防止粗加工切削时因切削速度快、背吃刀量过大造成浪刀过切等现象。电极类零件材料都是铜合金，表面没有发硬的氧化皮，所以粗加工我们选择顺铣进行加工。顺铣加工比逆铣加工走刀平稳不易发震。走刀方式也不宜采用平行走刀方式要采用环绕式走刀，环绕式走刀能有效降低刀具切削时对薄壁面直接的冲击力，减少薄壁变形。刀具也应该选择有足够刚性的，针对本零件粗加工我们选择Ф10的硬质合金刀具进行粗加工（螺旋角可以选择45°刀具，有利于粗加工排屑）。粗加工余量单边留1mm左右。
③半精加工。一般产品我们加工往往会跳过半精加工，粗加工后就直接精加工处理。但薄壁类零件比较特殊，半精加工不可省略。原因是半精加工可以加工掉粗加工留下的过多余量（Ф10的刀具留下的余量还是挺大的），如果留下过多的余量精加工又要考虑变形使用直径比较小的刀具，在直径比较小的刀具碰到大余量时就容易崩刀。再是考虑到在加工前原材料的内应力相对来说是在于一种平衡状态，但在加工后去除了一些材料后，会打破零件本身的内应力的平衡状态，这时工件需要重新达到内应力的平衡状体，所以外形就发生了变化。所以一般这类对精度要求比较高薄壁类的零件在粗加工后都需要安排内应力的时效处理，然后进行精加工。综上所述半精加工我们选择Ф6硬质合金铣刀进行加工，余量单边留0.1mm左右。
④精加工。精加工是最为关键的一环，其走刀路线和切削用量的选择直接决定着零件的合格率。刚切削切入时，切削力会显著变大这时对于薄壁类零件的冲击就很大极易产生变形。所以我们需要细化走刀路径，保持刀具切入角恒定，减小刀具的径向受力过大产生变形。其次切削起点我们一般选择刚性比较好的区域，如图1零件图所示通过有限元分析中间的明显比旁边的刚性高十几倍，所以我们可以选择零件中心R角处进行切入切出处理。走刀路线也应该遵循顺铣加工，加工用分层铣削加环绕走刀式，可以有效降低刀具对薄壁的冲击力。切削用量也应遵循高转速低进给的方式减少其变形。注意，在粗加工后精加工前需要进行时效处理，防止内应力发生变化而影响精度。
具体工艺参照工艺卡片如表1所示。
3 加工中的注意事项
3.1 切削液的使用
薄壁类零件在加工过程应考虑到其热变形因素，在加工过程中应充分使用合适的切削液。切削液可以有冷却、润滑、冲洗和防锈的作用，对于本产品切削液作用更加明显，不仅有上诉这些作用还可以起到降低切削阻力的作用，对薄壁类零件作用非常大。所以我们可以根据该零件的材质和刀具的要求，选择合适的冷却液，通过充分浇注冷却液，降低切削温度，减少工件的热变形。切削液还能有效的辅助排屑，防止在加工硬度低的有色金属时常出现的切削瘤等现象。在精加工过程中也要时刻关注切削液是否正常，切削液不正常时精加工中必须先暂停加工防止工件报废。
3.2 编程控制精度研究
加工中心的精度控制一般以数控机床加工零件过程中，当粗加工或者半精加工结束后，只要对精度误差进行一次修调，就可保证零件的加工精度。但我们在实际加工中由于产品批量大小，装夹方式的不同，加工工艺的不同，相应的编程方法也会有区别，需要我们灵活运用。有时候需要考虑机床反向间隙误差、夹具误差、定位基准误差等综合考虑。在铣床编程上我们保证精度在同一个工步中一般是通过修改刀补进行的，所以在编程时使用尺寸数据经量按照折中进行编写，有助于通过修改刀补的同时有效的控制本道工步中所有的尺寸。如图1零件图所示，编程时应该把56mm和30mm尺寸编写为55.95mm和29.95mm，进行编写。
4 结语
电极类薄壁类零件只有解决变形问题才能保证产品精度和质量。通过实际加工和理论综合分析，我们针对多个变形因素综合考虑对其工艺进行研究优化，提高了加工效率并获得良好的加工精度。
参考文献：
[1]杜家熙.数控加工工艺[M].机械工业出版社，2009.
[2]周文玉.数控加工编程及操作教程[M].中国轻工业出版社，2008.
[3]王森林.薄壁类零件加工变形的解决工艺方法[J].锻压装备与制造技术，2014（3）.