弱刚度件加工变形分析与控制对策研究
机械加工过程中的变形与刚度分析
机械加工过程中的变形与刚度分析机械加工是一项非常重要的工程技术，广泛应用于各种制造业领域。
然而，在机械加工过程中，由于材料的变形和机械结构的刚度问题，往往会对加工零件的质量和精度产生重要影响。
本文将探讨机械加工过程中的变形与刚度分析，并提出相应的解决方法。
一、机械加工过程中的变形分析机械加工过程中的变形主要包括材料弹性变形和塑性变形两部分。
弹性变形是指材料在受力作用下，恢复力超过塑性变形的临界值时产生的可逆变形。
塑性变形是指材料在受力作用下恢复力小于塑性变形临界值时产生的不可逆变形。
1. 材料弹性变形的分析材料的弹性变形是由于外界载荷作用下材料的分子间相对位移而产生的。
分子间相对位移会引起整体的变形，即弹性变形。
弹性变形可以通过弹性力学理论进行分析和计算。
强度学说认为，材料的弹性变形与材料的弹性模量有关。
弹性模量是材料在弹性阶段内受力应变的比值，也称为杨氏模量。
在弹性阶段，应力与应变呈线性关系，即胡克定律。
根据胡克定律，材料的弹性变形可以通过以下公式计算：ε = σ / E其中，ε表示应变，σ表示应力，E表示杨氏模量。
通过计算可以得到材料的弹性变形。
2. 材料塑性变形的分析材料的塑性变形是由于外界载荷作用下材料的分子间结构发生改变而产生的。
在材料的塑性变形过程中，分子间结构的改变导致材料的体积变化和形状变化。
塑性变形与材料的强度和塑性指标有关。
强度是指材料的抗拉强度、抗压强度等，塑性指标是指材料的延伸率、弯曲性等。
在塑性变形过程中，材料的抗力和形变都会发生变化。
强度较高的材料在受力作用下更不容易发生塑性变形，而塑性较好的材料则容易发生塑性变形。
二、机械加工过程中的刚度分析刚度是指结构在受力作用下的阻力。
在机械加工过程中，刚度直接影响加工零件的精度和质量。
刚度越高，结构变形越小，加工精度越高。
1. 结构刚度的影响因素结构刚度受到以下几个因素的影响：（1）材料的刚度：材料的刚度越高，结构的刚度也越高。
CNC机床加工中的加工刚度分析与优化
CNC机床加工中的加工刚度分析与优化在CNC机床加工中，刚度是一个重要的参数，它直接关系到加工精度和效率。
本文将对CNC机床加工中的加工刚度进行分析与优化。
1. 加工刚度的定义加工刚度是指机床在加工过程中的变形程度，也可以理解为机床对外部力的抵抗能力。
加工刚度较高，则机床变形较小，加工精度较高；加工刚度较低，则机床变形较大，加工精度较低。
2. 加工刚度的影响因素加工刚度受到多个因素的影响，主要包括：- 机床结构：机床的结构对刚度有直接影响，一般而言，床身较大、刚性较好的机床具有较高的加工刚度。
- 材料选择：机床的材料也会影响加工刚度，一般选择高强度、高刚性的材料可以提高加工刚度。
- 导轨与滑块：导轨和滑块的质量和配合精度对加工刚度也有重要的影响。
- 刀具与刀柄：刀具与刀柄的刚度也会影响加工刚度，选择高刚度的刀具与刀柄可以有效提高加工刚度。
3. 加工刚度的分析方法为了准确分析机床的加工刚度，我们可以采用以下方法：- 有限元分析：通过有限元软件对机床进行建模，模拟外部力作用下机床的变形情况，计算刚度参数。
- 振动测试：利用振动测试仪对机床进行振动测试，获取机床在振动状态下的动态刚度。
- 经验公式计算：根据机床结构和材料的特性，利用经验公式计算机床的静态刚度。
4. 加工刚度的优化方法为了提高机床的加工刚度，可以采取以下优化方法：- 结构优化：改进机床的结构设计，增加机床的剛性。
- 材料优化：选择高强度、高刚性的材料来替代原有材料，提高机床的刚度。
- 导轨与滑块优化：选择高精度配合的导轨和滑块，加工刚度可以得到有效提高。
- 刀具与刀柄优化：选择刚度较高的刀具与刀柄，可以减小切削时的振动，提高加工刚度。
5. 加工刚度的实例研究以某CNC铣床为例，采用有限元分析方法，对机床的加工刚度进行了研究。
通过优化机床床身结构，增加支撑件数量和加强支撑件的刚度，成功提高了机床的加工刚度，使加工精度得到了明显提高。
通过以上分析和优化，可以明显提高CNC机床的加工刚度，从而提高加工精度和效率。
薄壁零件加工弱刚性零件加工技术
5.2 加固装夹技术 通过加固装夹来提高弱刚性零件的刚度，实现 弱刚性零件少变形或不变形装夹是可行的，关 键是设计适当加固的形式，加固的材料，加固 的工艺，达到即提高零件刚性，又不致引起零 件的附加变形；即方便加固，又便于分离；即 可靠又便于生产和精度控制。
5.2.1 加固装夹主要方法有 机械式：利用机械结构来加固零件，如配合良 好的轴（孔）、成型面、涨式夹具等。 填充式：利用加固材料填充加固零件，如薄壳件 的加固装夹方法。 粘接式：利用胶粘材料把零件胶粘在刚性较好的 机械结构上，达到无装夹力装夹，同时提高了 零件的刚度。 其它形式：如真空装夹，实现弱刚性零件少变 形或不变形装夹的加固方法还很多，要在实践 中进一步发展。
2.4细长轴类零件 该类零件材料包含调质钢、马氏体时效钢、钛合 金、合金结构钢、不锈钢等多类材料，部分马氏体 钢材料的硬度HRC＞50，具有高强度、耐腐蚀、衰 减性能好等特点。细长轴类零件最大长径比达到70 以上，加工表面不允许出现波纹、竹节等瑕疵。
2.5复杂孔系类零件 复杂孔系类零件包含深孔类零件和多孔交叉类零件， 零件内部存在多孔结构，孔的类型包括深孔、平底 孔、细长孔、交叉孔，孔径范围大，还存在多孔径 的台阶孔。零件毛坯多为铝合金、合金钢锻件，加 工过程中对孔道交叉处毛刺、孔的圆度和直线度要 求严格。
3、弱刚性零件的主要加工难点
弱刚性零件的主要加工难点是加工变形大，精度 难以保证，有的零件因刚性太差，甚至不能采用常 规机械加工方法加工。弱刚性零件在外力的作用下， 产生弹性变形和塑性变形。在夹紧力和切削力作用 下，工件变形量大于尺寸公差，当加工结束外力消 失后，变形恢复，工件即超差，这样说明工件刚性 弱。
现数控加工零部件主要分为整体弱刚性结构件和 精密复杂薄壁结构件两大类型，这些结构件的数控 加工生产具有一些典型特点：多属于定制生产，零 件品种多，单件试制与批量生产并存；材料多样， 包含镁合金、铝合金、铜合金等有色金属材料，结 构钢、不锈钢等传统黑色金属，还包括高强度钢/超 高强度钢、钛合金、高温合金等多类难加工材料， 石墨、树脂、玻璃钢和碳纤维等多类非金属材料与 复合材料；
零件装夹变形分析与解决措施
零件装夹变形分析与解决措施零件变形主要表现在装夹变形；切削力、切削热使零件产生变形；加工方法和技巧不当使零件产生变形；材料应力释放零件原因导致的变形等。
如果在生产过程中工件产生变形，那么肯定就会影响工件的形位精度，尺寸精度以及表面粗糙度，所以提高易变形零件加工质量和加工效率的关键就是装夹方法以及车削，铣削时的加工方法和技巧。
标签：装夹方法；刀具选择；切削用量1 为什么会产生零件装夹变形我们在加工生产中会遇到各种各样的问题，譬如在加工薄壁易变型零件时，就必须根据其不同的特点，找出薄弱环节，选用不同的工艺方法和夹紧方法来保证加工要求。
很多时候我们要具体问题具体分析，找到切实可行的办法来应对遇到的实际问题。
1.1 工件装夹不当为什么会产生变形？在我们生产实际操作中，如果我们采用三爪卡盘夹紧薄壁外圆，就会由于夹紧面积过小，夹紧力不均匀分布，那么拆卸以后，被卡爪夹紧部分就可能因弹性变形而涨大，最终导致零件出现多角形变化。
1.2 相对位置调整时候偏差，产生壁厚不均的现象经过多年的工作实践，我发现由于夹具、刀具，工件和机床主轴旋转中心的位置调整相对不准确，导致工件几何形状变化和壁厚不均匀现象。
我们遇见很多薄壁零件对于均匀性要求非常高，但对其尺寸精度要求却不高这种现象。
此时工件如果采用常规刚性定位，就会误差非常大，壁的厚度很容易超差。
这样工件在装夹过程中，假设我们没有根据实际特性，也就是工件刚度较低（薄壁件），或者不注意夹紧力的方向和施力点，那么支撑点和压紧点不能够重合就形成力矩效应，最终会引起零件变形。
1.3 为什么要强调零件壁厚差重要性有一部分薄壁零件对均匀性要求非常高，而对其尺寸精度要求却不高。
这种工件和彩刚性定位，就会误差很大，壁厚非常容易超差。
在装夹过程中的工件，假设刚度较低（薄壁件）或者夹紧力方向，施力点选择不恰当，支撑点与压紧点不重合必然形成力矩效应将会引起零件变形。
1.4 选用什么样的刀具至关重要我们选择什么样的刀具，会直接影响零件精度以及表面粗糙度。
浅析薄壁零件加工中变形振动分析和消振措施
薄壁零件加工中变形振动分析和消振措施摘要：车削过程中，工艺系统由于受到各种力的作用，工件和刀具之间常会发生相对振动。
它不仅使加工表面产生波纹，严重恶化加工精度和表面质量。
特别是最后一刀精车，当切削速度提高，常常会发生刺耳的响声，使车削无法继续加工下去。
所以，在加工薄壁零件中，不仅要考虑装夹中工件受力变形的问题，还要注意解决加工中振动问题关键词：薄壁零件加工变形振动措施车削薄壁零件在加工中很容易出现问题，如果我们在加工中善于总结经验，就能在加工中找出它的共性、个性和矛盾突出点。
变被动为主动。
从而才能够加工出合格的产品。
要想解决薄壁零件加工中出现的问题，我想从以下几个方面来加以分析。
一、薄壁零件装夹分析1、薄壁零件的加工特点薄壁零件以日益广泛地应用个工业部门生产机器零件中，车削薄壁零件的关键是变形、振动问题。
工件产生变形振动的原因大多是由于切削力、夹紧力、定位误差和弹性变形。
其中影响最大的是切削力和夹紧力。
我们在实践过程中减小切削力和切削热主要采取方法是：合理地选择切削用量、合理地选择刀具几何角度、减小夹紧力引起的变形，主要改变和改善夹紧力对零件的作用。
2、车削薄壁零件时采用的装夹方式以上讲的薄壁零件加工特点是车削中变形和振动问题。
由于薄壁零件的刚性差，车削中容易变形。
所以在装夹时要考虑到夹紧力的方向和着力点。
夹紧力的方向应选择在有利于减小夹紧力的部位。
如薄壁零件为套类，则可将径向夹紧力改为轴向夹紧力；薄壁零件为盘类，则可该轴向夹紧力为径向夹紧力；当薄壁零件径向和轴向刚性都很差时，保证夹紧力方向与切削力方向一致，就能使较小夹紧力起到较大夹紧力的作用。
还要夹紧力着力点应落在支承点正对面和切削力部位的附近以减小变形振动。
二、减小薄壁套装夹中变形的措施1、合理确定夹紧力的大小、方向、作用点。
粗、精车加工分开，当粗精车加工使用同一夹具时，粗加工余量大，切削力大。
因而需要较大的夹紧力。
而精车时余量小，切削力小，所需要的夹紧力也就小。
CNC机床加工中的夹具刚度与变形分析
CNC机床加工中的夹具刚度与变形分析在现代制造业中，CNC机床是广泛应用的重要设备之一，它具有高效、精确和灵活性强等诸多优点。
然而，为了保证加工质量和提高加工效率，夹具的刚度和变形问题成为了制约CNC机床加工精度和生产效率的重要因素。
本文将针对CNC机床加工中的夹具刚度与变形问题展开分析。
一、夹具刚度分析夹具作为工件固定与定位的重要工具，在CNC机床加工中起着至关重要的作用。
夹具的刚度直接影响到加工过程中的力学性能和稳定性。
夹具刚度可通过以下几个方面进行分析。
1. 材料选择与设计夹具的刚度受到材料的选择和结构设计的影响。
一般来说，夹具应选择高强度、低变形的材料，例如优质合金钢或工程塑料。
夹具的结构设计应合理，避免过多的连接部件和不必要的孔洞，减少不稳定因素的存在。
2. 夹紧力与工件接触面夹具在加工过程中需要施加一定的夹紧力来固定工件。
夹紧力的大小应根据工件材料和加工力学要求进行合理调整。
此外，夹具接触面的设计也非常重要，应尽可能增大接触面积，确保夹具对工件的均匀夹紧，提高刚度。
3. 夹具支撑与加固夹具的刚度还与其支撑和加固方式有关。
夹具支撑部位应选择强度高、稳定性好的结构，避免在加工过程中产生振动和变形。
在必要的情况下，可以采用加固辅助支撑手段，提高夹具的整体刚度。
二、夹具变形分析夹具在加工过程中容易发生变形，这种变形可能会导致工件加工精度降低和尺寸偏差产生。
下面将从几个方面分析夹具的变形问题。
1. 刚性分析夹具的变形主要受到其自身刚度和荷载的影响。
荷载产生的内力和外力会使得夹具发生弯曲、扭转和拉伸等变形。
因此，夹具的刚性是解决这一问题的关键。
利用有限元分析等方法，可以评估夹具在不同荷载情况下的刚性表现，并在设计中作出相应的调整。
2. 热变形分析加工过程中，热量的积累和热膨胀会导致夹具产生热变形。
尤其是在高温环境下，夹具的热变形问题更加突出。
为解决这一问题，可以在夹具设计中引入冷却系统，及时降低夹具温度并减小热变形。
弱刚度件加工变形分析与控制对策研究
Ｔｈ１ 工艺与检测 ｅｍｇ ｎ Ｃ ０ａ ｙｄ
弱刚度件加工变形分析 与控制对策研究
汪振华① 袁 军堂① 郑 雷② 黄建 安①
（ ①南京理工大学机械工程学院， 江苏 南京 ２０９ ； １０４ ②鲁东大学交通学院 ， 山东 烟 台２４ ２ ） ６ ０５
摘 要： 针对 弱 刚度件 在机 械加 工 中容易产 生变 形从 而影 响其 加工精 度 和加工质 量 的情况 ， 首先 分析 了引起
ｉｇｅｒｒａｄ ｍａｈｎ ｇ ｄ ｆ ｍａ ｏ ｆｔｅ ｗ ａ ｉ ｄｔ ｗ ｒｐｅｅ ｎ ｏ ａｅ ｈ ｃ ｉｉ ｎ ｒ ｎ ｃ ｉｉ ｅｏ ｔ ｎ ｏ ｈ ｅｋ ｒ ｉ ｏｋ ｉｃ ，ａｄ ｃｍｐｒｄ ｔｅ ｍａｈｎｎ ｏ ｎ ｒ ｉ ｉ ｇ ｙ ｇ
ｐ ｏ ｅ ｓ ｓｏ ｅ ｗ ａ ｇｄ ｔ ｏ ｋ ｉ ｃ ｉ ａ ｇ ｒ ｃ ｓｅ ｆ ｈ ｅ ｋ ｒ ｉ ｉ ｗ ｒ ｐ ｅ ｅ ｗ ｔ ｌ ｒ ｅ—ｓ ａｅ ｓｒ ｃ ｕ ａ ａ ｓ Ｓ ｃ ｎ ｌ ｈ ｅ ｅ ａ ｎｔ ｔ ｉ ｙ ｈ ｃ ｌ ｔ ｔ ｒ ｌ ａ ￣ ｅ ｏ ｄｙ，ｔ ｅ ｇ ｎ ｒ ｆ ｉ ｕ ｐ ｌ ｉ ｅ
薄壁弱刚性件的工艺方法及变形控制研究
０ 引 言
薄壁 件 多用 于航 空 航 天领 域 ， 由 于其 壁 薄 、 刚性 差， 并 且加 工 过程 中材 料去 除 量 非 常 大 ， 导致 内部 残 余 应 力不 平 衡 … ， 并 且 内部 残 余 应 力 的 持 续 影 响 使 得零 件很 难达 到精 度 要 求 ， 放 置 一 段 时 间之 后 ， 零 件
摘要： 以航 天 中常 用的 薄壁框 体 类 中残余 应 力 对 于 薄壁 件 加 工
变形的 影响 ， 研 究 加 工 过 程 当 中 的 切 深 安 排 和 毛 坯 余 量 去 除 方 式 的 选 择 和 精 加 工 策 略 进 而保 证 加 工 质 量和 效 率 ， 即粗加 工去 余 量过程 中采 用对称 去余 量 的方 式 ， 可 以 减 小 初 始 应 力 导 致 的 变形 ， 同 时 采
ｉ ｓ ｕ ｔ ｉ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ，ｗ ｈ ｉ ｌ ｅ ｉ ｎ ｉｎ ｆ ｉ ｓ ｈ ｉ ｎ ｇ ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｔ ｏ ｏ ｌ ｐ ａ ｔ ｈ ｆ ｒ ｏ ｍ ｉ ｎ ｎ ｅ ｒ ｔ ｏ ｏ ｕ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｐ ａ ｒ ｔ ．
ｃ ｈｉ ｎｉ ｎ ｇ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｅ ｉ ｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ．Ｔｈ ｅ ｓ ｙ ｍｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｒ ｅ ｍｏｖ ａ ｌ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｓ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｒ ｅ ｄ ｕｃ ｅ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍ— ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｓ ｃ ａ ｕｓ ｅ ｄ ｂｙ ｉ ｎ ｉ ｔ ｉ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｉ ｄ ｕ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ．Ｉ ｎ ａ ｄ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｉ ｎ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎｉ ｎｇ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｃ ｕｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｄ ｅ ｐ ｔ ｈ
试析薄壁零件的加工变形及控制方案
１ 薄壁零件数控加工变形定性分析
本文 介绍 的铝合 金薄 壁零件 加 工变 形 原因基 本含 有 下面五 种 ： １ ． １ 待 加工材 料的 属性
较 之钢 材 ，铝合 金材 料 屈服应 力偏 低 ，加 工过程 中
由于塑性变形极易出现积屑瘤。弹性模量低造成加工之
后会 形成 较 大 的弹性 回复 ，会对 加工 完毕 的表 面粗 糙度 以及 精度 形成 负面 影响 。
现 阶段 ，一些 高强度 的复杂 型腔 需要 选择 整体铣 削 起作用 ，引起变形 。
加工成型，选择的材料为特种铝合金 。整体加工指的是
功 能主模 型检 具 零件 都选 择铝合 金材 料进 行加 工 。因为 模 型结 构复 杂 ，外形 匹配 具有 较高 的要求 ，零 件外 轮廓 尺 寸相对 较 大 ，加工 余量 相 当大 ，刚度偏 低 ， 同时其加 工 工 艺 水 平 不 高 ，加 之 机械 振 动 、切 削力 等 方 面 的影 响 ，极 易产 生加 工变 形 ，加工 精度 难 以有效 控制 ，特 别 是 隔舱 零件 其 最薄部 位不 足０ ． ９ ７ ｌ Ｉ ｌ Ｉ ｎ ，由此数 据加 工变 形 控 制难度 极高 。
２ 薄壁 件铣 削加工变形
在 明确 加工 途径 、装 夹环 境 、材料 型 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的 前提 下 ，
１ ． ２ 毛坯的初始残余应力
零 件 通过 切 削加工 之后 ，截 面大 小和 形状 的 改变 同 样 会 引起 内部残 余应 力分 布情 况 改变 ，最终 导致 难 以回 复 的变形 。
１ ． ４ 零件的装夹条件
因为铝 合金 薄壁 零件 缺 乏较强 的刚性 ，加 工过程 中 由于压 、夹 弹性变 形会 降低 尺寸 、形 状 、位置 三者 的精 度 。此 外 ，假如 没有选 择合 适 的支撑 力和 夹紧 力 的作用 点 ，会 形成 附加应 力 。一 旦装夹 力过 大 ，该零 件非 常容 易因为 挤压 而变 形 。假 如 装夹 力不 足 ，则在加 工过 程 中 出现装 夹不 稳 ，零件 发生 移动 的情 况 ，必然会 对加 工精 度 造成严 重影 响。 １ ． ５ 刀具路 径 的影响 在对 薄壁 零件 进行 切 Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ 工的 过程 中 ，采 取 垂直 进 道形 式可 以对 腹板 加工精 度造 成影 响 ，采取 水平 进道 形 式则 会对侧 壁 加工 精度 造成影 响 。此外 ，机床 加 工和 零 件 刚度 、加工 环境 、刀 具磨损 情况 、零 件散 热性 能等 都 会给零 件加 工精度造 成相应 的影 响。
机械设计中的刚度分析及优化措施研究
机械设计中的刚度分析及优化措施研究引言在机械设计中，刚度是一个十分重要的性能指标。
刚度越高，结构在受力下的变形越小，从而保证了机械设备的运行稳定性和精度。
本文将对刚度的分析及其优化措施进行研究，以期提高机械设备的工作效率和可靠性。
1. 刚度的概念和分类刚度是指物体在受力作用下不发生形变或变形较小的性质。
在机械设计中，刚度主要分为结构刚度和材料刚度。
结构刚度是指受力结构在外力作用下不发生形变的能力，而材料刚度是指材料在受力时的抗变形性能。
2. 刚度分析方法刚度的分析方法主要包括理论计算和仿真模拟两种。
理论计算是通过数学模型和公式进行刚度计算，但由于复杂的物理现象和实际工况的影响，理论计算通常只能得到近似结果。
因此，仿真模拟成为了刚度分析的重要方法。
通过有限元分析等方法，可以更准确地模拟实际工况，并得到刚度的定量分析结果。
3. 刚度优化的措施为了提高机械设备的刚度，可以采取以下优化措施：(1) 结构优化：通过对机械结构进行合理的设计和布局，减小结构的自由度，从而提高刚度。
例如，在刚度要求高的部位采用更厚的材料或者加强筋骨的连接方式，可以有效增加结构的刚度。
(2) 材料优化：选择具有较高材料刚度的材料，可以提高机械设备的整体刚度。
例如，铝合金相比于普通钢材具有更高的刚度，因此可以在设计中优先考虑采用铝合金材料。
(3) 界面优化：合理设计和选择连接件，可以减小连接面的摩擦和间隙，从而提高机械设备的刚度。
例如，在连接螺栓时，使用更精确的加工工艺和更优质的连接件，可以减小螺栓连接处的间隙，提高刚度。
(4) 预紧优化：适当预紧连接件，可以在一定程度上提高机械设备的刚度。
通过合理选取预紧力和预紧方式，可以减小连接面的间隙并增加接触面的有效面积，从而提高刚度。
4. 刚度优化案例分析以一台工业机床的刚度优化为例，该机床在高速加工过程中存在振动和精度偏差的问题。
通过有限元分析，发现机床主轴箱床身刚度较低，导致振动传递，进而影响整体加工精度。
弱刚性结构件螺纹孔数控加工方法
1 序言弱刚性结构件是在加工过程中存在加工回弹的薄壁类焊接件，是工程机械行业较为常见的结构形式。
此类工件加工部位板厚小，且加工部位周围无刚性加强，在刀具切入时，加工部位产生弹性变形，加工的孔径与机床主轴产生夹角，刀具退出时，机床带动刀具往后拉，工件恢复原状，刀具则受到较大的拉力，使刀具和工件容易受到损坏。
为抵消加工过程中的变形，需采用轴向及周向均存在“游隙”的机床。
目前行业内普遍使用摇臂钻床，摇臂钻床虽操作简便，经济实用性强，但攻螺纹劳动强度大、质量较差，不利于加工自动化率的提升，而常规的数控攻螺纹对机床精度及工件刚性有较高的要求，无法解决弱刚性结构件数控攻螺纹存在的问题。
因此笔者自制了一种非标攻螺纹刀具，实现了弱刚性结构件数控攻螺纹。
2 工程机械行业常用攻螺纹方式目前工程机械行业大型结构件螺纹孔的攻螺纹方式主要有：摇臂钻床攻螺纹、数控机床刚性攻螺纹及数控机床柔性攻螺纹三种[1]，具体的实现方式如下。
2.1 摇臂钻床攻螺纹摇臂钻床是一种孔加工设备，其摇臂可绕立柱回转和升降，主轴箱在摇臂上作水平移动，可以用来钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹和修刮端面等。
摇臂钻床操作灵活，适用范围广，特别适用于大型零件多孔的单件或批量生产。
使用摇臂钻床攻螺纹（见图1）需操作人员时刻在机床前操作，劳动强度大，加工受人为因素影响较大，螺纹孔定位精度差，加工的螺纹孔精度较差（见图2）。
图1 摇臂钻床攻螺图2 摇臂钻床攻螺纹精度较差另外，使用摇臂钻床攻螺纹时，还要添加攻螺纹油，通常使用铅油，可以降低切削温度，增加攻螺纹润滑性，以保证切削精度及丝锥寿命。
该操作步骤需操作人员手工涂抹，重复劳动强度大，且攻螺纹油影响螺纹孔及工件的清洁度，严重时会影响油漆附着力。
2.2 数控机床刚性攻螺纹刚性攻螺纹是机床控制主轴的旋转与Z轴的进给一直保持同步的一种攻螺纹方法，刚性攻螺纹要求攻螺纹刀具和主轴严格固定，同伸缩，同旋转。
由于数控机床的刀柄是刚性的，没有自动调整间隙的功能，所以在主轴上安装了位置编码器，其原理为C轴编码器走一圈，螺距转一圈。
弱刚度件精密加工技术研究
目
减 少弱刚度件变 形的技术 途径
（ ） 进 设 计提 高 工件 刚度 １改 工 件 的 变 形 与工 件
的 刚 度 成 反 比 ， 高 刚 度 是 减 小 变 形 的 重 要 手 段 。 同 提 不 的 结 构 、 同 受 力 情 况 下 ， 高 刚 度 的 措 施 是 有 所 不 同 不 提 的 。 抗 弯 刚度 为例 ， 材料 力 学 可 知 ： 以 据
抗 剪 刚 度 Ｋｐ— — 以 截 面 变 形 形 式 表 现
（ 弱 刚度 件 的 刚度 特 征 ３）
正 常 。
弱 刚 度 件 并 不 是 所 有
的 刚 度 都 很 弱 ， 是 某 一 个 或 两 个 刚 度 弱 ， 余 刚 度 则 常 其
① 杆类 刚 度特 征
杆 类 刚度 表 现 为其抗 弯刚 度最
指 长 径 比 大 于０ ５的 各 种 筒 体 、 空 壳 体 等 ； 半 球 壳 ． 中 ⑤
类 ： 各 种球 壳 、 球壳 体 。 含 非
由 于应 用 原 因 ， 程设 计 时 以满 足 其 形状 、 度 、 工 厚 精 度 和 质 量 等 物 理 指 标 为 首 要 目的 。 受 形 状 和 质 量 因 的 限 制 ， 强 度 仅 能 满 足 最 低 要 求 （ 时 甚 至 不 考 虑 其 有 强 度 ） 刚 度 指 标 常 常 被 忽 略 或 考 虑 不 够 。 为 这 些 零 ， 因 件 是 在 组 合 状 态 下 使 用 ， 度 对 其 应 用 一 般 没 有 多 大 刚
＝
范 围内 ， 件抵 抗 变 形 的能 力 即 为 刚度 ， 表 示 。 工 用 一 般 情 况下 ： Ｋ＝外 力 ／ 件 变 形 量 工
在 机 械 加 工 过 程 中 ， 正 常 夹 紧 力 和 切 削 力 作 用 当
一种弱刚度锥形零件的精密铣削工艺
2021年 第1期 冷加工91智能制造Intelligent Manufacture一种弱刚度锥形零件的精密铣削工艺王德廷，郭东亮，于晓蕾，李金龙，王元军天津航天长征火箭制造有限公司 天津 300462摘要：针对一种弱刚度锥形零件装夹困难、加工基准难协调等问题，通过制定合理的铣削加工工艺方案，采用柔性装夹方案，制定合理的编程策略，实现了锥形零件的可靠装夹，保证了零件的高精度要求。
关键词：锥形薄壁零件；回弹变形；柔性装夹；加工方案1 序言随着航天制造技术的发展，航天产品结构日趋复杂，产品尺寸越来越大，精度要求也越来越高。
由于锥形零件较球形零件和椭球形零件在空间节省方面更具优势，所以大尺寸锥形零件的应用越来越广泛。
某锥形零件属于典型的弱刚度薄壁件，同时对产品上孔位尺寸精度要求较高，在产品加工过程中，存在装夹困难、加工基准难协调的问题。
本文通过研究弱刚度锥形零件的精密铣削工艺，优化装夹方案，改进加工流程，制定合理的编程策略，解决了该工件的加工难题。
2 加工现状（1）产品结构分析 某锥形零件大端长度尺寸为2 300mm ，小端长度尺寸为1 000mm ，高度约1 700mm ，整体壁厚仅有10mm （见图1），属于典型的弱刚度薄壁产品。
其上有一处装配孔，孔径为350m m ，要求加工后自由状态下孔径公差仅为0.05mm ，精度要求较高。
图1 弱刚度锥形零件结构示意（2）产品加工难点 产品加工中的主要难点如下。
1）装夹困难。
零件要求加工后自由状态下孔径公差为0.05mm ，对装夹提出了很高的要求。
采用常规装夹方式松夹卸荷后会带来较大的回弹变形，无法满足精度要求。
2）孔加工定位基准协调困难。
产品加工工艺：首先机械铣加工扇形平板，然后采用钣金滚弯的方式形成锥度，最后采用五轴设备机械铣加工装配孔。
由于经过多道工序的周转，所以在最终孔加工环节，会出现孔加工定位基准协调困难的问题。
3）需设计合理的孔铣削加工策略，从而得到较高的铣削效率，减小加工过程中的振动。
一种弱刚性航空结构件加工变形控制方法[发明专利]
![一种弱刚性航空结构件加工变形控制方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/45754f02998fcc22bdd10d3a.png)
专利名称：一种弱刚性航空结构件加工变形控制方法专利类型：发明专利
发明人：马原,冯平法,李彤宇,郁鼎文,许超
申请号：CN201711485021.7
申请日：20171229
公开号：CN108214002A
公开日：
20180629
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种弱刚性航空结构件加工变形控制方法，在粗加工后释放零件内应力，然后根据零件变形状态和粗加工后零件重力分布来调整夹具装夹位置，使工件内应力场充分平衡、加工变形充分释放，之后进行精加工，能够实现加工变形的有效控制，保证最终的零件加工精度。
申请人：清华大学深圳研究生院
地址：518055 广东省深圳市南山区西丽镇清华大学深圳研究生院
国籍：CN
代理机构：北京市诚辉律师事务所
代理人：李静波
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弱刚度结构件切削加工残余应力的研究
弱刚度结构件切削加工残余应力的研究张纯喜;唐水源;卢继平;王菲菲;庞璐【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2015(000)002【摘要】弱刚度结构件具有刚度差和材料去除量大等特点，加工过程中产生的残余应力容易导致其加工变形，尤其对于精度要求高且厚度不均匀的弱刚度结构件，更有必要研究切削加工残余应力的影响因素，从而为控制弱刚度结构件的加工变形提供基础。
根据正交切削理论和热弹塑性有限元理论建立了切削加工的三维有限元模型，对材料为40CrNiMo 的变厚度弱刚度结构件进行了切削加工模拟，对切削过程中的残余应力进行了有限元计算。
通过对比不同切削参数情况下残余应力的分布，得到了残余应力随切削参数的变化规律；将变厚度弱刚度结构件的加工分为二次等厚度的切削加工，通过与一次加工得到的残余应力进行对比，得到了2种不同加工工序对变厚度弱刚度结构件的残余应力影响规律。
【总页数】4页(P96-98,99)【作者】张纯喜;唐水源;卢继平;王菲菲;庞璐【作者单位】北京理工大学机械与车辆学院，北京 100081;北京理工大学机械与车辆学院，北京 100081;北京理工大学机械与车辆学院，北京 100081;北京理工大学机械与车辆学院，北京 100081;北京理工大学机械与车辆学院，北京100081【正文语种】中文【中图分类】TH164【相关文献】1.弱刚度零件的超声波椭圆振动切削加工 [J], 马春翔;潘铭跃;王海丽2.弱刚度零件的超声波椭圆振动切削加工 [J], 马春翔;潘铭跃;王海丽3.弱刚度结构件的加工变形控制技术研究 [J], 刘胤;胡小秋;杨芸;刘军;焦刚4.弱刚度零件的超声波椭圆振动切削加工 [J], 刘青5.基于残余应力的弱刚度结构件加工变形分析 [J], 胡吉成;刘冠成;王瑞显因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
航空机械加工弱刚性零件定义
航空机械加工弱刚性零件定义1引言在航空领域中，大型薄壁类高强度合金已得到广泛应用。
在实际加工中，这类零件中经常要反面加工，但由于某个方向的尺寸较其它方向的小，刚性不足，在加工过程中会出现跳刀、颤振[1]等现象，造成刀具崩刃或者损坏机床主轴[2]，以及零件表面粗糙度过大，加工误差大。
因此在实际加工时，往往要加支撑来增强待加工部位的刚性，但判断是否要加支撑（或刚性不足）往往是在加工完成后，对零件进行检测时才能判断，要在加工前就知道零件在加工过程中是否刚性不足，即零件是否为弱刚性零件，现在还没有一个准确的定义。
中国工程物理研究院的李尚政提出了弱刚度件的特点是：①刚度差，易变形；②精度要求高，关键部位精度要求达到IT5一IT7级。
按其形状一般可分为五大类：杆类：以细长轴为主；盘类：含薄片、空心盘等；短筒类：包括长径比小于0.5的各种筒体、法兰、中空壳体等；长筒类：指长径比大于0.5的各种筒体、中空壳体等；半球壳类：含各种球壳、非球壳体。
但他所说的杆类、盘类、短筒类、长筒类、半球壳类弱刚度件零件，只对其特点、分类做了简单说明，但并没有弱刚性的相关定义[3]。
本文将从生产车间实际对弱刚性零件加工时产生的现象入手，结合原理分析，对弱刚性进行定义。
2工厂实际加工现象分析（1）颤振。
颤振机理：在铣削加工薄壁件时(以加工侧壁为例)，由于工件和刀具的弹性变形，在动态铣削力的作用下，同一轴线上不同高度位置处的切削厚度并不相同，有的位置过切，有的位置刀具与工件分离，并未参与切削，这样造成加工表面产生振纹。
随着切削的进行，下一刀齿会在前一刀齿产生的振纹处切削，这样，切削厚度不断变化，动态切削力随之不断改变，使工艺系统产生振动。
如图2.2所示，当相邻刀具波形轨迹同相位时切削厚度不产生变化，不会产生振动，而当波形轨迹不同相位时，会产生颤振[1]。
航空机械加工领域的弱刚性零件定义刘甫州,邓秋生,陈城,郝小忠(南京航空航天大学机电学院,南京211106)摘要：航空机械加工领域中的弱刚性零件加工问题一直是行业内的焦点，在对弱刚性零件加工时，会发生由相对位移因周期激励的原因急剧增长所引起的跳刀现象，从而影响加工质量，甚至引起刀具破损，极大的影响加工系统的稳定性。
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其次%由于弱刚度构件的加工一般都需要大量的材料除去%这样改变了工件毛坯在成型过程中产生的材料残余应力的分布%为了达到新的应力平衡状态%工件在材料残余应力的作用下必然发生变形%这就是将加工完成的工件取出后一段时间发生变形的主要原因"这类变形对于复杂构件来说一般很不规则%一旦产生将很难校正"
另外%弱刚度构件在加工过程中产生的振动也是影响加工质量的重要因素"在实际生产中加工表面产生振纹%影响表面质量"
9典型弱刚度件加工变形规律分析
目前对于弱刚度件加工变形规律的分析主要采用数值模拟并结合加工实验验证的方法"对于弱刚度复杂构件加工变形%由于结构的复杂性%不同结构的工件其变形的规律也不一样%这给变形规律的分析带来了困难"因此通过对特征弱刚度构件的加工变形分析来说明弱刚度复杂构件的一般变形规律"9R 3
薄壁件的加工变形分析
薄壁类工件在弱刚度构
件中具有较强的代表性%其典型结构特点如图-所示"薄壁的加工主要采用铣削加工方法%在加工过程中由于薄壁的刚度小%在切削力的作用下极易发生沿壁面法向的变形%故而薄壁加工的形
状精度极难保证"文献#-b
a $通过建立相应的切削力模型%采用有限元数值模拟方法分析了薄壁加工过程中的变形规律%认为薄壁的最底端变形较小%工件的形状误差主要来自刀具的变
形%由底端向上%工件的倾斜变形成为影响形状误差的
主要因素"
为了深入了解薄壁加工过程中的变形规律%本文采用刚性建模法’忽略由刀具变形引起的加工误差%只考虑薄壁的变形(%利用通用有限元分析软件>
?L (8(.0c 0对薄壁腹板的加工变形进行数值模拟"在实际加工过程中薄壁采用侧吃
刀量’$H (小的加工工艺%从而在数值计算时忽略模型加
工前后厚度的变化"在铣削过程中切削力的作用比较复杂%由于其大小方向都在不
断的变化%给数值模拟带来
很大的困难"本文将切削力的作用方式做了一定的简化%将其分解为进给方向’I 2
(和垂直于加工表面方向’I ^(的两个力%如图W 所示"按照上述方法建立的有限元模型如图]所示%薄
壁为高.0&
&&厚.&&和长]0&&的铝合金’5
8.-(%采用(P 56f ]^单元%设置单元尺寸为0c ^&&j 0c ^&&j 0c ^&&"切削参数采用转速2000D e &*#%每齿进给量为0c
.&&"进行计算时将薄壁的两端和底部固定’假设同薄壁两端连接处刚度足够强(%计算时在进给方向’,方向(上施加如图-所示的移动载荷%每次移动后计算腹板的变形规律%整个过程计算结束后保存计算结果"
图^"为薄壁距离底端腹板不同高度时沿,向的
相应变形曲线"由图可知在薄壁的底部’即靠近腹板的位置(%在加工过程中其’向的变形量较小%随着越靠近顶部其变形量越大"不同位置的变形曲线反映在,\-0&&’即,方向薄壁的中间位置(处变形最大%由中间到两边变形逐渐减小"因此薄壁加工时在中间部位会产生让刀%加工完成后薄壁的实际形状为两端薄中间厚"图^J 为加工到距离J 端在,向的不同位置时沿]向的变形曲线"由于在计算时薄壁两端的
约束条件一样%因此其变形关于,\
-0&&的位置对称"由图^J 可知在薄壁底部变形较小%到顶部逐渐增
结合图^"和J 中的变形曲线
%可以画出薄壁在两端固定的情形下加工后所得的形状%如图1所示"薄壁的底部基本保证加工尺寸%顶部由于薄壁的弹性变形产生让刀%从而较厚%截面如图1中>面所示"在进给方向上%由于薄壁两端刚性较强%
中间较弱%因此靠近两端变
形较小%中间较大%加工后薄壁两端较薄%中间较厚"9R 9
通孔e 通槽零件的加工变形分析
此类构件加工特点是在薄板上加工大量通孔或通槽"对于此类零件通常采用悬空装夹%此法在板较厚的情况下基本能保证孔和通槽的加工质量"对于较薄的板%由于工件刚度低%加工过程中在轴向力的作用下%会发生如图a"所示的向下弯曲的弹性变形%加工完成后%工件恢复原来形状%此时加工完成的孔会发生如图a J 所示的上宽下窄的变形"
另外此类零件在周
期性切削力的作用下%容易产生振动%因此在加工时孔
壁容易产生振纹%影响加工质量"
:弱刚度构件加工变形控制对策
目前%针对弱刚度复杂构件加工工艺的研究还处于起步阶段%研究成果主要是针对具体的零件结构提出的解决方案"本文从控制弱刚度构件加工变形为出发点%综合考虑工件的装夹&切削参数&加工路径以及加工前后材料处理等各方面影响加工变形的因素%采取有效措施可以减小弱刚度件的加工变形提高其加工质量"
’.(分析零件结构%确定合理的定位夹紧方案%进行夹具设计
对弱刚度件装夹的一个重要原则是使夹紧力要尽量均匀地施加在工件上%并且要充分考虑夹紧的顺序对工件变形的影响"可以利用相变材料对工件进行柔性装夹%即将工件放入液态的相变材料中%并保留待加工面%定位好后通过降温或电磁场方式使相变材料由液态变为固态%将工件固定住"这种装夹方法的优点是使整个工件的夹紧力均匀且受力面积大%特别适用
于薄壁件的加工"图2为加工厚0c
^&&腹板时采用磁流变液柔性夹具示意图%工件的一面加工完成后%将
其反过来放入磁流变液中%加磁场后磁流变液变为固相%可对腹板起支撑作用%然后加工另一面完成腹板加工"此法可有效减小腹板加工过程中的变形"
’-(确定合适切削参数和加工路径%编制数控程序
研究表明切削力的大小同工艺参数紧密联系%选择合适的切削参数可以减小切削力"目前%高速切削技术的应用可以有效地减小切削力%同时也可以降低切削温度从而减小由热应力引起的变形"但现在对于高速加工过程中切削参数对切削力影响规律的研究还
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/!文章编号!2.-W.
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’书讯’
锻压手册#第.卷$锻造#第-卷$冲压#第W卷$锻压车间设备#第W版$
中国机械工程学会塑性工程学会编%-002年.月出版"邮购价+.-1元’第.卷(%.--元’第-卷(%.01元’第W卷(为了提高我国机械电子行业的工艺水平%推动企业技术进步%满足科研&生产发展的需要%中国机械工程学会塑性工程’锻压(学会于.ZZW年组织编写并出版了这部综合性工具书%并于-00.年修订出版了第-版"锻压技术的迅速发展要求我们对手册进行新一轮修订%增补新内容%删去技术陈旧的部分%压缩一些用量少且各行业已有相应标准的内容"修订后的本手册内容以国内生产实践经验和科研成果为主%同时吸收一些国外新的先进经验和技术%使其更具有实用性&科学性&先进性和全面性"本手册共分W 卷+第.卷锻造&第-卷冲压&第W卷锻压车间设备"
第.卷%内容包括锻造的分类与锻造前的准备&自由锻造&锤上模锻&各种压力机上模锻和精密模锻&特种成形&回转成形&锻件的精整&热处理及质量控制&环境保护与安全&锻造过程的数值模拟与优化及锻模的G>f e G>!等内容"此次修订%重点补充了特种成形新技术’如微成形&增量成形&粉末注射成形(,在螺旋压力机&机械压力机与液压机上的精锻,锻造过程的优化,锻件清理设备,塑性成形力学等内容"本卷按生产工艺流程编排%叙述连贯%使用方便"
第-卷%内容包括+冲压工艺基础&冲裁&精密冲裁&弯曲&拉深&胀形&翻边&成形&汽车覆盖件成形&特殊成形工艺&冲模&工艺过程设计&冲压自动化&安全与环境&冲压加工智能化技术及计算机在冲压加工中的应用等"
第W卷%内容包括+液压机&曲柄压力机&锻锤&螺旋压力机&旋转成形设备&柔性制造系统&机械化自动化装置及设备&剪切设备及其辅助设备&加热设备以及快速成形设备"主要介绍了这些设备的原理&结构&性能&型号&选用原则&安装使用&维护保养及安全技术等"
本手册可供锻造&冲压车间的工程技术人员使用%也可供大专院校师生&科研单位的有关人员参考"
来款请寄+北京市朝阳区望京路]号%机床杂志社收%邮编+.00.0-"。