目前（qián）薄壁零件數控（kòng）加工，主要采用高速加工（gōng）技術。為（wéi）了保障薄壁零件有效加工（gōng），在工藝設計階段，采用有限元分析技（jì）術，獲取（qǔ）薄（báo）壁零件變形區域，采用數控補償技術加以修正，以保證加工的精度；優化切削參數（shù）和加工路徑，以減小變形；通過開發特製刀具及改造機床（如雙主軸機床等），來解決變形問題（tí）；通過新的裝夾（jiá）方案和架構調整，來增強薄壁零（líng）件的剛度等措施。由於工藝的保密性，相關技術資料隻涉及了問（wèn）題的表層部分（fèn），薄壁零件加（jiā）工技術的獲取，並沒有隨著高速加工機（jī）床的引進而得到解決（jué）。薄壁零件的數控加工的關鍵技術，還要靠自己的努力發展去（qù）解決（jué）。

      1 薄壁零件加工工藝關鍵技術（shù）

      薄壁零件是指壁厚與內徑曲率半徑（或輪廓（kuò）尺（chǐ）寸）之比小於（yú）1:20 的零（líng）件。薄（báo）壁零件的（de）共同特點，是壁（bì）薄、強（qiáng）度（dù）低、抵抗變形能力差，但（dàn）並（bìng）不表示薄壁零件（jiàn）在常態下，就會發生塑性變形，其有一定的彈性力，在某些特（tè）殊複雜的（de）環境中，發揮其的重（chóng）要作用，也可（kě）以說薄壁零件處於彈性（xìng）變形階段。

      為了更好地理解薄壁零件的（de）加工特點，我們可以將其分（fèn）解成（chéng）若幹小（xiǎo）段的杆件（jiàn）組成，即薄壁零件彈塑性變（biàn）形的受力分（fèn）析微分化處理。首先假設（shè）杆（gǎn）件處於靜定（dìng）梁狀態，兩端承載力是無限大，來源於薄壁零件支撐點的承載力，從塑性分析中，我們得知靜定梁的中間部（bù）位最為嚴重，若刀具切削薄壁零件時，判（pàn）斷（duàn）薄壁方向（xiàng）切削力F 小於零件材料極（jí）限載荷則未引起靜定梁的變形，單個的靜定梁處於彈性階段。若每個小的靜定梁（liáng）單元（yuán）是穩定的（de），薄壁（bì）零件作為整個係統也是穩定的，所以切削力F 小於極限載荷FP的情況下，假設成立。根據切削力（lì）F 小於極限載荷FP的（de）條件，來求解薄壁零件壁厚的最大切削量。根據最大切削量加工和加工精度要求，選（xuǎn）擇合適（shì）精加工餘量（liàng），那麽薄壁零件始終保持彈性變形階（jiē）段，實（shí）現薄壁（bì）零件（jiàn）數控加工一（yī）刀成形，從（cóng）而提高加工效率。

      2 切削力數學模型

      實驗證明，在機床加工係統和刀具幾何參（cān）數確（què）定的前提下，加工切削力F 主要受到切削（xuē）速度（或主軸轉速）n、進給速度νf 、背吃刀量ap 和切（qiē）削寬度（或（huò）切削高度）ae 等因素的影響，且基本上成線性關係。

      我們首（shǒu）先將相關實驗數據，列成切削速度（或主軸（zhóu）轉速）n、進給速度νf 、背吃刀量ap 和切削寬度（或切削高度）ae 以（yǐ）及切削力F 的正交實驗數據表格，應用多元線性回歸分析方（fāng）法，建立切削（xuē）力的（de）預測模型（xíng）和表麵粗糙切削力（lì）

      F = β1 + β2 n + β3 νf + β4 ap + β5 ae；

      表麵（miàn）粗糙度Ra= b1 + b2 n + b3 νf + b4 ap + b5 ae。

      3薄壁零件最大切削（xuē）量

      根據薄壁零件塑性（xìng）變形的臨（lín）界條件，即切削力F度的預測模型。小於極限載荷計算最大（dà）背吃刀量，獲得薄（báo）壁零件的壁厚薄壁零件壁厚的最大切削量ap max。計（jì）算過程如下：

      當薄壁（bì）零件處於臨界條件時，背吃刀量ap 取值為最大切（qiē）削量ap max，切削力為F = β1 + β2 n + β3 νf + β4 ap max + β5 ae，極限載荷（hé）為其中， b 為刀（dāo）刃切削寬度在（zài）薄壁法線方向的投影（yǐng）； h 為薄壁零

件的壁厚（hòu）； l 為薄壁相鄰支撐點的跨度；

      σs 為材料屈（qū）服極限。

      則臨界（jiè）狀態F = β1 + β2 n + β3 νf + β4 ap max + β5 ae=5-1-，

      薄壁零件（jiàn）壁厚的最大切削量計算得

      根據薄壁零件壁厚的（de）最大切削量和零件精度的要求，選擇合適精加工餘量，實施薄壁零件最後（hòu）一道切削加工（gōng）。

     4仿真研究

      圖1 為3Cr2Mo 注塑模具鋼零件的（de）壁厚為2 mm的薄壁部（bù）分結構（gòu）圖，長100 mm，表麵粗糙度為Ra =1.6 μm，尺寸公差等級為IT8 級。

      實驗條件：銑削平麵，材料3Cr2Mo 注塑（sù）模具鋼（調質，硬度HRC28～30）。刀具為直徑10 mm，螺旋角（jiǎo）30°，雙刃，直柄整體式硬質合（hé）金（jīn）平頭（tóu）立銑（xǐ）刀，TiAIN 塗層。實驗結果如表1 所列。

      銑削平（píng）麵（3Cr2Mo 注（zhù）塑模具鋼）的數學模型為分列如下：

      X 向切削力

      FX = 66.714 5 - 0.002 4n + 0.011 2νf + 37.475 8ap+ 2.087 5ae，

      表麵（miàn）粗糙（cāo）度

      Ra = 0.125 9 + 0.0n + 0.000 2νf + 0.281 4ap+ 0.016 7ae，

      Y 向切削力

      FY = 15.08 99 - 0.000 7n + 0.003 5νf + 36.598 8ap+ 3.570 0ae，

      Z 向切削力

      FZ = 15.607 4 - 0.000 2n + 0.002 5νf + 12.970 0ap+ 1.537 5ae。

      根據表麵粗糙度和加工公差等級，我們選擇粗銑－精銑的加工工藝方（fāng）案。

      工藝參數（shù）為：

      背（bèi）吃刀量為ap = 0.1 mm；

      轉速n = 2 000 r/min；

      進給速度νf = 100 mm/min；

      切削深度（dù）為ae = 4 mm；

      由薄壁法線（xiàn）方向受（shòu）力公式

      FX = 66.714 5 - 0.002 4n + 0.011 2νf + 37.475 8ap+ 2.087 5ae，

      可以求解得：切削力FX = 75.132 1 N，表麵粗糙度Ra = 0.24 μm，符合加工粗糙度要求。根據薄壁零件塑性變形的臨界條件，其中材料3Cr2Mo 注塑模具鋼屈服極限σs = 680 N/mm2。當前加工工藝參數下，薄壁零件極限載荷為：

      FP =（bh2 / l）σs = 108.8 N，薄壁零件在加工中處（chù）於彈性變形階段。

      計算薄壁零件壁厚（hòu）的最大切削量為：

      ap max = 0.9984 mm。因（yīn）為ap max ＞ap，所以上述加工工藝方案可行。若進一步提高加工效率，可以增加進給速（sù）度和（hé）切削深度。

      5結束語

      一（yī）刀成形工藝，解決了目前薄壁零件依賴高速加工技術的高成本（běn）和技術難題，大大降低了薄壁零件加工成本，提（tí）高了效率。同樣“一刀成形”工（gōng）藝的提出，為普通（tōng）數控（kòng）機床實現（xiàn）薄壁（bì）零件高效率加工的提供了可行性方案。