薄壁零件加工的工艺分析 常苗苗

薄壁零件加工的工艺分析常苗苗
摘要：阐述了在加工中心中半径补偿的应用、薄壁零件的加工方法及注意事项，根据薄壁零件特点，对加工中心如何运用刀具补偿建华编程进行说明，并结合薄
壁零件加工案例介绍了薄壁零件的编程与操作方法。

关键词：半径补偿薄壁零件工艺分析
一、半径补偿的应用
刀具半径补偿功能除了使编程人员直接按轮廓编程，简化了编程工作外，在
实际加工中还有许多其他方面的应用。

1、采用同一段程序，对零件进行粗、半精、精加工。

2、采用同一程序段，加工同一公称直径的凸、凹型面。

3、对于同一公称的凸、凹型面，内、外轮廓编写成同一程序，在加工外轮廓时，将偏置值设为+D=R+Δ其中R为刀的半径，Δ为精加工余量，刀具中心将沿轮廓的外侧切削；当加工内轮廓时，将偏置值设为-D=-（R+Δ），这时刀具中心将沿轮廓的内侧切削。

4、还可以内、外轮廓编写成同一程序，而是将半径补偿的使用G41、G42互换，刀具的运动轨迹互换，例如：编写外轮廓半径补偿如用G41，刀具轨迹沿顺
时针走时，如图2外轮廓加工路线所示，偏置值设为+D=R+Δ；内轮廓编程时半径
补偿就用G42，刀具轨迹沿逆时针走时，偏置值设为+D=R+壁厚+Δ。

这种编程与加工方法，在模具加工中运用较多。

本例题即采用该方法。

二、薄壁零件的加工方法及注意事项
薄壁零件已日益广泛的应用在各工业部门，因为它具有重量轻，节约材料，
结构紧凑等特点。

但薄壁零件的加工是铣削中比较棘手的问题，原因是薄壁零件
刚性差，强度弱，在切削立、切削热、切削镇颤等因素影响下，易发生加工变形，不易控制加工精度和提高加工效率。

所以，加工变形和加工效率问题成为薄壁结
构加工的重要约束。

薄壁零件铣削时变形是多方面的。

主要由于装夹工件时的夹紧力，切削工件
时切削力，工件阻碍刀具切削时产生的弹性变形和塑性变形，使切削区温度升高
而产生热变形。

提高薄壁件加工精度和效率的措施如下。

1、切削力的大小与切削用量密切相关。

从《金属切削原理》中可以知道：背吃刀量ap，进给量f,切削速度v是切削用量的三个要素。

背吃刀量和进给量同时增大，切削力也增大，变形也大，对铣削薄壁零件极
为不力。

减少背吃刀量，增大进给量，切削力虽然有所下降，但工件表面残余面
积增大，表面粗糙度值大，使强度不好的薄壁零件的内应力增加，同样也会导致
零件的变形。

所以，粗加工时，背吃刀量和进给量可以取大些；精加工时用尽量高的切削
速度，但不易过高。

合理选用三要素就能减小切削力，从而减少变形。

2、合理选用切削液。

用高速钢刀具，粗加工时，以水溶液冷却，主要降低切削温度；精加工时，采用中、低速加工，选用润滑性能好的极压切削油或高浓度
的极压乳化液，主要改善已加工表面的质量和提高刀具使用寿命。

硬质合金刀具，粗加工时，采用低浓度的乳化液或水溶液，必须连续地、充分地浇注；精加工时
采用的切削液与粗加工时基本相同，但应适当提高其润滑性能，在铣削过程中充
分使用切削液不仅减小了切削力，刀具的耐用度得到提高，工件表面粗糙度值也
降低了，同时工件不受切削热的影响而使其加工尺寸和几何精度发生变化，保证
了零件的加工质量。

三、薄壁零件加工的工艺分析
试编写如图1所示，材料45钢。

零件加工部位包括：外形和槽组成的薄壁，其几何形状属于平面二维图形。

1、工艺分析
(1)图样分析
1)零件的外形为100mm×100mm×25mm的四方体，六面均为已加工面。

2)材料为45钢。

3)加工部位一个外形和一个槽，深各是10mm。

(2)确定装夹方式
已知毛坯形状为方形，根据毛坯工件的形状特征，选用平口钳装夹。

下面加
放垫铁，注意毛坯露出卡盘平面的高度应大于10mm，取值为20mm。

(3)刀具选择
1)分析图纸图中最小圆弧半径为R8，加工内轮廓时刀具的直径要小于16mm，故在编程中选用φ10mm的高速钢键槽铣刀。

2)考虑到外轮廓加工后留有未去除掉的残料，在去除残料时，为提高加工效率，尽量选择较大直径的铣刀。

根据对图1所示图形进行分析，四个棱角部分的
距离远大于16mm，故选择直径为16的平底铣刀去除外轮廓加工后的残料。

(4)确定加工路线
1)建立工件坐标系，外轮廓与内轮廓的原点确定在如图2、图3所示的位置。

图1
图2 外轮廓加工路线
2)轮廓加工。

在图2所示中，辅助直线1→2用来建立刀补；辅助直线2→3、3→8的目的在于以切线
方式切入、切出工件，这样做可保证工件加工表面的质量，不留有进刀、退刀痕迹。

从
2→3→4→5→6→7→……8为刀补的进行；通过8……1来取消刀补。

在图3所示中，辅助直线A→B用来建立刀补；辅助直线B→C、C→G的目的在于以切线
方式切入、切出工件，这样做可保证工件加工表面的质量，不留有进刀、退刀痕迹。

从
B→C→D→E→F→G→……H为刀补的进行；通过H……A来取消刀补。

每齿进给量fz=0.004×Dc=0.004×16=0.064（mm/r）。

进给速度vf=fzzS=0.064×2×400=51.2（mm/min），取整为vf=50（mm/min）。

根据上面章节定义刀具参数，来定义直径为φ10mm的平底铣刀。

参考文献
[1]王洪。

数控加工程序编制[M].北京：机械工业出版社，2002.
[2]宴初宏。

数控机床[M].北京：机械工业出版社，2002.
[3]何宏伟李明。

数控铣床加工技术（华中系统）[M].北京：机械工业出版社，2010.1
[4]任国兴。

数控铣床华中系统编程与操作实训[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2007.。