浅谈高速铣床薄壁加工技术

毫躅：计　飘歌羿与翁翟麓恭ｌ　

ＰｏｗｅｒＭＩ　ＬＬ软件在薄壁件高速加工中的应用　

朱湘宁　李　屹　

（贵州大学机械工程学院，贵州贵阳５５０００３）　

摘要：将ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ软件的高速ＮＴ技术应用在薄壁件的加工中，研究其加工工艺，不仅提高了加工精　

度，而且缩短了产品的交付时间，具有较好的应用价值。　

关键词：ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ薄壁件高速加工工艺　

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ　ｉｎ　Ｔｈｉｎ－ｗａｌｌｅｄ　Ｐａｒｔｓ　Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　

ＺＨＵ　Ｘｉａｎｇｎｉｎｇ，ＬＩ　Ｙｉ　

（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ　５５０００３。ＣＨＮ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ｓｐｅｅｄ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｏｆ　ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｗａｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　

ｏｆ　ｔｈｉｎ—ｗａｌｌｅｄ　ｐａｎｓ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ　ｓｋｉｌｌｓ　ｗｅｒｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　

ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｗａｓ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｄｅｌｉｖｍｙ　ｃｙｃｌｅ　ｗａｓ　ｓｈｏｒｔｅｎｅｄ．　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ；Ｔｈｉｎ—ｗａｌｌｅｄ　Ｐａｎｓ；Ｈｉｇｈ　Ｓｐｅｅｄ　Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ；Ｐｒｏｃｅｓｓ　

ＣＡＤ／ＣＡＭ软件经过４０多年的发展，国内外都有　

了较为成熟的产品。ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ就是英国Ｄｅｌｃａｍ公　

司的ＣＡＤ／ＣＡＭ专业化软件模块之一，是一款适用于　

高速）３１１－ｉ２的智能化ＣＡＭ系统，具有多种独有的加］：方　

式和全程防过切功能。ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ能读入各种ＣＡＤ　

薄壁轴瓦加工工艺流程

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一、准备工作

・２８６・　长江大学学报（自然科学版）　２０１０年３月第７卷第ｌ　理工　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ，Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔ　Ｓｃｉ　Ｅｄｉｔ）　Ｍａｒ．２０１０，ｖ０１．７№．１：ｓｃｉ＆Ｅｎｇ　

薄壁壳体的数控加工方法　

黎　明　（江汉石油管理局第三机械厂，湖北武汉４３００５６）　

［摘要］以薄壁壳体零件为例，结合零件的结构特点，制定出合理的工艺方案，并利用ｃＡＭ软件Ｍａｓｔｅｒ—　

ＣＡＭ进行数控编程，从而完成该零件的加工。　［关键词］薄壁壳体；数控加工；工艺分析；加工方法　［中圈分类号］Ｕ４６３．２１２；ＴＨ１６４［文献标识码］Ａ　［文章编号］１６７３—１４０９（２０１０）０１一　Ｎ２８６—０２　

近年来，随着数控技术的发展，性能良好的加工中心设备使许多零件的加工更为方便。如何利用这　

些设备高效地加工优质零件，成为一个亟需解决的问题。为此，笔者以压缩机薄壁壳体零件为例，利用　

现有的数控设备，探讨加工该类零件的工艺方案及数控加工过程。　．　

１数控加工的工艺分析　

１．１零件的结构特点　

压缩机薄壁壳体零件材料为４５＃钢，其切削性　

能良好　此零件属于典型的薄壁壳体类结构，外形　

尺寸较大，周边及内部筋的厚度仅为２ｒａｍ，型腔深　

度为２７ｍｍ。在加工该零件时，如果工艺方案或加　

工参数设置不当，极易变形造成尺寸超差。零件结　

构如图１所示。　

１．２工艺分析　

该零件毛坯选用棒料，采用粗加工、精加工的　

工艺方案，具体工艺流程为毛坯一粗车一粗铣一时　

效一精车一精铣。粗车时分别在外圆及端面预留　

１．５ｒａｍ精加工余量，并预钻中心孔。粗铣时分别在　

型腔侧面及底面预留余量１．５ｍｍ，并在　１２ｒａｍ孑Ｌ　人．　。　

曰Ｌ　

图１压缩机薄壁壳体零件结构示意图　Ｂ＿口　

位处预钻工艺孔。时效的作用是去除材料及加工应力。精车指加工端面、外圆并镗工艺孔（　６ｒａｍ），　

要求一次装夹完成，以便保证同轴度，为后序加工打好基础。精铣能够保证零件的最终要求。　

科技论坛　民营科技２０１３年第１２期　高速加工和ＣＡＭ对加工的影响　杨国生　（湖南机电职来技术学院，湖南长沙４１０１５１）　摘要：现从现代数控高速加工技术的发展方向，分析高速加工应用在现代制造加工中的优点和地位，以高速低负荷状态下的切　削比低速高负荷状态下切削更快地切除材料。使用合适的高速切削工艺，在高速状态下可切削高硬质的材料和高精度的零件。以及使　用ＣＡＤ／ＣＡＭ软件编程对高速加工零件的精度影响。　关键词：高速；切削；ＣＡＤ／ＣＡＭ；精度　高速切削（ＨｓＭ或ＨＳＣ）是二十世纪九十年代迅速走向实际应用　的先进加工技术，通常指高主轴转速和高进给速度下的立铣，国际上　在航空航天制造业、模具加工业、汽车零件加工、以及精密零件加工等　得到广泛的应用。高速铣削可用于铝合金、铜等易切削金属和淬火钢、　钛合金、高温合金等难加工材料，以及碳纤维塑料等非金属材料。例　如，在铝合金等飞机零件加工中，曲面和结构复杂，材料去除量达高达　９０％～９５％，采用高速铣削可大大提高生产效率和加工精度；在模具　加工中，高速铣削可加工淬火硬度大于ＨＲＣ５０的钢件，因此许多情　况下可省去电火花加工和手工修磨，在热处理后采用高速铣削达到零　件尺寸、形状和表面粗糙度要求。高速切削概念始于１９３　１年德国所　罗ｆ－１１￣士的研究成果：“当以适当高的切削速度（约为常规速度的　５～ｌ０倍）加工时，切削刃上的温度会降低，因此有可能通过高速切削　提高加工生产率”。在零件的粗加工到精加工以及其它零件的精加工　对于形状复杂和精度要求高的零件，高速切削更为重要。　１　高速铣削相对常规￣ｊｎ－ｒ具的一些优点　１．１提高生产率铣削速度和进给速度的提高，可提高材料去除率。高　速加工是以高的切削速度、高的进给速度和高的加工质量为主要特征　的加工技术，其加工效率比传统的切削加工要高几倍，甚至十几倍。　１．２改善工件的加工精度和表面质量。高速铣床必须具备高刚性和　高精度等ｌ生能，同时由于铣削力低，工件热变形减少，高速铣削的加工　精度很高。铣削深度较小，而进给较陕，加工表面粗糙度很小，铣削铝　合金时可达Ｒａ０Ａ～０．６，铣削钢件时可达Ｒａ０．２～０．４。　１．３有利于使用直径较小的刀具。高速铣削较小的铣削力适合使用　小直径的刀具，可减少刀具规格，降低刀具费用。　１．４有利于加工薄壁零件和高强度、高硬度脆陛材料。高速铣削铣削　力小，有较高的稳定陛，可高质量地加工出薄壁零件，采用高速铣削可　加工出壁厚０．２ｍｍ，壁高２０ｍｍ的薄壁零件。高强度和高硬度材料的　加工也是高速铣削的一大特点，目前，高速铣削已可加工硬度达　ＨＲＣ６０的零件，因此，高速铣削允许在热处理以后再进行切削加工，　使模具制造工艺大大简化。　１．５可部分替代其他某些工艺，如电加工、磨削加工等。由于加工质　量高，可进行硬切削，在许多模具加工中，高速铣削可替代电加工和磨　削加工。　１．６经济效益显著提高。高速铣削具有很多优点，应用越来越广泛，　但也存在一些不足，因此，必须选择适合高速铣削的领域应用该技术。　高速切削的工艺技术也是成功进行高速加工的关键技术之一。切削方　法选择不当，会使刀具加剧磨损，完全达不到高速加工的目的。高速切　削的工艺技术包括切削方法和切削参数的选择优化，对各种不同材料　的切削方法、刀具材料和刀具几何参数的选择等。　１）切削方法和切削参数的选择与优化在高速切削中，必须对切　削方法和切削参数进行优化选择。其中包括优化切削刀具控制，如刀　具接近工件的方向、接近的角度、移动的方向和切削过程（顺铣还是逆　铣）等。２）对各种不同材料的切削方法切削铝、铜等轻合金，与切削钢　和铸铁以及切削难加工合金钢，由于切削机理不同，除了刀具材料和　刀具几何参数的选择外，在切削过程中还要采取不同的切削策略才能　得到较好的切削效果。根据不同加工材料来研究高速切削工艺方法，　也是高速切削工艺技术研究的重要内容之一。３）刀具材料和刀具几何　参数的选择。在研究高速切削工艺技术中，切削方法和技术必须紧密　结合刀具材料和刀具几何参数的选择综合进行。高速切削ｌＴ艺技术研　究是一项很有意义的工作。实践证明，如果只有高速机床和刀具而没　有良好的工艺技术作指导，昂贵的高速加工设备也不能充分发挥作　用。高速切削的工艺技术和传统的工艺方法有很大差别，至今还远不　如传统工艺方法那样成熟和普及。这一点是高速机　砬用中要特别加　以注意的问题。　除了物理因素外，ＣＡＤ／ＣＡＭ软件的功能和正确应用，也是影响　高速加工的主要因素。如果由ＣＡＤ／ＣＡＭ系统产生的ＣＮＣ程序直接　决定处理的条件，这当然十分直接，但要从ＣＡＤ／ＣＡＭ系中统指出什　么功能才能保证获得高质量的高速加工效果，却极不容易。　２应用ＣＡＤ／ＣＡＭ软件时。影响高速￣ｊｎ－ｒ的一些重要因素　ＣＡＤ对高速加工的影响，一般来说，ＣＡＤ对高速加工的直接影响　并不易看到。很多人认为ＣＡＤ模型只用作定义零件的外形，至于如何　加工所　十的零件，便是ＣＡＭ使用者和加工工程师的责任了。这话从　理论Ｅ来说并没有错，在很多睛况下，ＣＡＤ模型没有真正定义需要加　工的形状。有许多原因使ＣＡＤ模型不适合高速加工，现简述如下。　２１精度的影响。加工精度高、热分布范围小、加工表面质量高等，都　是高速加工的优势，但我们看到一个奇陉的现象就是用于建立零件　ＣＡＤ模型的公差比零件最终的加工公差还大，这显然是不合理的。　数据交换是影响精度问题的根本原因。零件通常由—个ＣＡＤ系　统设计，然后转换至另—个ＣＡＤ系统进行补充设计和加工准备。每次　进行数据传输过程中，都需要将几何形体由一种格式转换至另一种格　式，有些转换涉及按极限公差近似。由于这些公差属于累积所得。　２．２修剪的影响。ＣＡＤ系统的大部分零件由裁剪曲面“拼凑”而成，像　上衣由多片形状复杂的布料缝合而成的一样。这些曲面的边界精度直　接影响所产生的刀具路径质量。例如，—个圆台顶部为—个完整的圆　形，平面顶盖为六角形，六角形平面则可能在顶部某些地方超越圆形　的范围，如果超出的范围太大，刀具路径便会出现尖点，在这情况下，　加工后的表面极可能出现刀痕。　２．３不完整模型的影响。许多ＣＡＤ使用者往往走捷径，以求缩短模　型的造型时问。他们经常使用的技巧，是忽略底座内部拐角处的圆倒　角，甚至认为通过合适半径的刀具便可直接进行加工。实际上，如果采　用这种方法，刀具必须刚好切进尖锐的拐角，这使刀具的负荷猛然增　加，是刀具进行直线切削时的４＿５倍。高速加工使用的ＣＡＤ模型必须　精确地表达需要加工的模型形状，这意味模型精度必须大於加工公　差，在可能的情况下，将不需进行铣削加Ｔ的模型特征删除或遮盖。　３结论　高速加工与传统刀具相比，新的高效模具铣刀加工效率提高２～３　倍甚至更高，这一成功得益于优化的铣削策略。商性能铣削刀具的最　大优点是减少了对机床的投资。高速加工对加工工程的每个环节要求　严格，基本要求是使用合适的物理设备，并精确地指定有关的参数。虽　然难以具体指定高速加工需要甚么ＣＡＤ和ＣＡＭ功能，却肯定ＣＡＤ　和ＣＡＭ对高速加工的质量和稳定性均有明显的影响。如要获得良好　的高速加工效果，最有效的方法是仔细安排加工顺序，适当使用ＣＡＭ　系统提供的加工条件。　参考文献　［１］李清伺服系统与机床电气控制　．北京：机械工业出版社，１９９９．　『２］李宏胜．机床数控技术及应用『Ｍ１北京：机械工业出版社，２０００　ｆ３］席子杰．数控机床加工工艺编程及其使用维修　．长春：吉林电子出。　’　版社．２００４．