目前薄壁零件數控加工（gōng），主要采用高速（sù）加工技術。為了保障薄壁零件有效加工，在工藝設計階段，采用有限元（yuán）分析技（jì）術，獲取薄壁零（líng）件（jiàn）變形（xíng）區域，采用數控補償（cháng）技術加以修正，以保證加工的精度；優化切削參數和加（jiā）工路徑，以減小變形；通過（guò）開發特製刀具及改造機床（如雙主（zhǔ）軸機（jī）床等），來解決（jué）變（biàn）形問題（tí）；通過新（xīn）的（de）裝（zhuāng）夾方案和架構（gòu）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（jì）術資（zī）料隻涉及了問題（tí）的表（biǎo）層部分，薄（báo）壁零件加工技術的獲取（qǔ），並沒有隨著（zhe）高速加工機床的引進而得（dé）到解決。薄壁零（líng）件的數控加工的關鍵（jiàn）技術，還要靠自己的努力發展去（qù）解決。

      1 薄壁零件加工工藝關鍵技術

      薄壁零（líng）件是指壁厚與內徑曲率半徑（或輪廓尺寸）之比（bǐ）小於1:20 的零件。薄壁零件的共同特點，是壁（bì）薄、強度低、抵抗變形能力差，但並不表示薄壁零件在常態下，就會發生塑性變形（xíng），其有一定的彈性力（lì），在（zài）某些特殊複雜（zá）的環境中，發揮其的重要（yào）作用，也可以（yǐ）說薄壁零件處於彈性變形階段。

      為了更好地理解薄壁零件的加工特（tè）點，我們可以將其（qí）分解成若幹小段的杆件（jiàn）組成，即薄壁零件彈塑性變（biàn）形的（de）受力分析微分化處理。首先假設杆件處於靜定梁狀態，兩（liǎng）端承載力是無限大，來源於薄壁零件支撐點的承載力（lì），從塑性分析中，我們得知靜（jìng）定梁的中間部位最為嚴重（chóng），若刀具切削（xuē）薄壁零件時，判斷薄（báo）壁方向（xiàng）切削力（lì）F 小於零件材料極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（xiǎo）的靜定梁單元是穩定的，薄壁零（líng）件作為整個係（xì）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（gēn）據切削力F 小於極限載荷FP的條件，來求解薄壁零件壁厚的（de）最大切削量。根據（jù）最大切削量加工和加工精度要求，選擇合適精加工餘量，那麽薄壁零件始終保持彈性變形階段，實現薄壁零件數控加工一刀成形，從而提高加工效率。

      2 切削力數學模型

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

      我們首先將相關（guān）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（liàng）ap 和切削寬度（或切削高度）ae 以及切削力F 的正（zhèng）交實驗數據表格，應用多（duō）元線性回歸分析方法，建立切削力的預（yù）測模（mó）型和表麵粗糙切削力

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

      表（biǎo）麵粗糙度Ra= b1 + b2 n + b3 νf + b4 ap + b5 ae。

      3薄壁零件最大切削量

      根據薄壁零（líng）件塑性變形的臨界條件，即切削力F度的預（yù）測模型。小於極限載荷計算（suàn）最大背吃刀量，獲得薄壁零件的壁厚薄壁零件壁厚的最大切削量ap max。計算過程如下：

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

件的壁厚； l 為（wéi）薄壁相鄰支撐點的跨度；

      σs 為材料屈服極限。

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

      薄壁零件壁厚的最大切削量計算得（dé）

      根據薄壁零件壁厚的（de）最大切削量（liàng）和零件精度的要求，選（xuǎn）擇合適精（jīng）加工餘量，實施薄壁（bì）零件最後一道切削加工。

     4仿真研（yán）究（jiū）

      圖1 為3Cr2Mo 注（zhù）塑模具鋼零件的壁厚為2 mm的薄壁部分結構圖（tú），長100 mm，表麵粗（cū）糙度為Ra =1.6 μm，尺寸公差等級為IT8 級。

      實驗條（tiáo）件：銑削平麵，材料3Cr2Mo 注塑模具（jù）鋼（調質，硬度HRC28～30）。刀（dāo）具為直徑10 mm，螺旋（xuán）角30°，雙刃，直柄整體式硬質合金平頭立銑（xǐ）刀，TiAIN 塗層。實驗結果（guǒ）如表1 所（suǒ）列（liè）。

      銑削平麵（3Cr2Mo 注塑模具鋼）的（de）數學模型為分列如下：

      X 向切削力（lì）

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

      表（biǎo）麵粗糙（cāo）度

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

      Y 向切削力（lì）

      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（děng）級，我們選擇粗銑－精銑的加工工藝方案。

      工藝參數為：

      背（bèi）吃刀量為ap = 0.1 mm；

      轉速n = 2 000 r/min；

      進給速（sù）度νf = 100 mm/min；

      切削深度為ae = 4 mm；

      由薄（báo）壁法線方向受力公（gōng）式

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

      可（kě）以求解得：切削力FX = 75.132 1 N，表麵粗（cū）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（zhōng）材料3Cr2Mo 注塑（sù）模具鋼屈服極限σs = 680 N/mm2。當（dāng）前（qián）加（jiā）工工藝參數下，薄壁零件極限載荷為：

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

      計算薄壁零件壁厚的最大切削（xuē）量為：

      ap max = 0.9984 mm。因（yīn）為ap max ＞ap，所（suǒ）以上述加工工藝方案可行。若進一（yī）步提高加工（gōng）效率（lǜ），可以增加進給速度和切（qiē）削深度。

      5結束語

      一刀成形工藝，解決了目前薄壁（bì）零件依賴高速加（jiā）工技術的高成（chéng）本（běn）和技術難題（tí），大大降低了薄壁零件加工（gōng）成本，提高了效率。同樣“一刀（dāo）成形”工（gōng）藝的（de）提出，為（wéi）普（pǔ）通數控機床實現薄壁零件高效率加工的提供了可行性方案。