該薄壁零件型腔復(fù)雜，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)多、幾何公差精度高、特征多，為最大限度地減輕質(zhì)量，設(shè)計(jì)采用厚1mm局部為0.3mm的薄壁，并且在1mm的隔筋處增加安裝凸耳（見圖1），這種設(shè)計(jì)在加工時剛度差，在切削力的作用下，易產(chǎn)生加工變形及零件與刀具的共振現(xiàn)象，造成壁厚上薄、下厚、尺寸超差及其表面顫紋的現(xiàn)象。

    綜合以上因素，對數(shù)控加工工藝和數(shù)控程序提出更高的要求。

    圖1 薄壁腔實(shí)體圖

1 解決變形問題

    1.1 增加工藝加強(qiáng)筋

    加工這種長殼類薄壁件工藝，首先要解決的是裝夾引起的變形問題，要求在長腔中增加加強(qiáng)筋，并且虎鉗的夾持部位要在加強(qiáng)筋上（見圖2），這樣就可以有效地解決裝夾變形問題。具體方法是現(xiàn)場驗(yàn)證虎鉗夾持部位是否滿足加工要求，同時又不會干涉外形的加工。

    圖2 粗加工工藝簡圖

    1.2 數(shù)控程序編制優(yōu)化

    1.2.1 刀具路徑的優(yōu)化

    編程中要使走刀路徑盡量短，避免加工時切削力引起的薄壁變形，“2D挖槽加工”中應(yīng)選“雙向切削”欄（見圖3）。同時在Z向精光時不要選擇“不提刀”（見圖4），可以減少工件底部的斜向走刀路徑，大大降低精加工表面粗糙度值。

    圖3 雙向切削

    圖4 不提刀

 1.2.2 進(jìn)刀方式的選擇

    “2D挖槽加工”有直線下刀方式和斜線下刀方式的設(shè)置，而采用“斜插式”進(jìn)刀時，可以減小刀具在下刀時對工件Z向薄壁處周期性沖擊而引起強(qiáng)迫振動，同時可以延緩刀具底齒的磨損時間（見圖5），提高刀具的使用壽命。

    圖5 斜線下刀

    1.2.3 分層方式的選擇

    “2D輪廓加工”和“2D挖槽加工”，在分層銑削之順序中有“依照區(qū)域”和“依照深度”兩種設(shè)置，選后者可以做到整個大面的層層剝離，使工件均勻受力，減少變形的產(chǎn)生（見圖6）。

    圖6 分層設(shè)置

    1.2.4 刀具的改進(jìn)

    薄壁類零件最容易產(chǎn)生的現(xiàn)象是薄壁銑彎、銑通。只要在刀具上做個小小的改動（尖角倒圓角）就可以避免這種現(xiàn)象的發(fā)生（見圖7）。這樣在分層加工薄壁時，就會在根部始終有個圓角，起到了類似加強(qiáng)筋的作用，減少顫動的頻率（見圖8）。在非標(biāo)準(zhǔn)“T”型刀具的定制中，應(yīng)把標(biāo)準(zhǔn)的直齒式改成螺旋式切削刃（見圖9），這樣可大大減小切削力對變形的影響。

    圖7 尖角倒圓角

    圖8 效果圖

    圖9 螺旋式切削刃

    1.2.5 數(shù)控加工工藝

    加工工藝是指導(dǎo)加工生產(chǎn)的靈魂，合理的工藝能夠解決零件變形、表面粗糙度及加工效率等。圖10是薄壁腔體數(shù)控加工的工藝過程。

2 數(shù)控加工的仿真及加工代碼的生成

    2.1 數(shù)控加工的仿真

    對于這種復(fù)雜的薄壁盒體，即使個人有非常豐富的加工經(jīng)驗(yàn)和空間想象能力，也不可能保證程序的正確性和合理性，同時考慮數(shù)控加工的生產(chǎn)成本，不允許也不可能把大量的時間用在程序的調(diào)試上。

    為了減少數(shù)控機(jī)床實(shí)際加工的調(diào)整時間，保證生成程序的正確性和合理性，應(yīng)用Master CAM軟件對刀具路徑進(jìn)行加工仿真及實(shí)體切削驗(yàn)證。通過仿真可以確定加工位置和加工方向，隨時防止刀具與機(jī)床夾具發(fā)生干涉，以便對加工過程進(jìn)行細(xì)致的觀察。如果顯示刀具模擬不夠理想，則返回加工模塊對相應(yīng)的加工參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)置，直至生成的刀路模擬結(jié)果符合加工實(shí)際要求。模擬過程對分析編制程序的正確性將提供非常大的幫助。通過仿真加工，基本能夠保證程序在實(shí)際加工中的可讀性和可操作性(見圖11)。

    圖10 數(shù)控加工工藝卡

    圖11 路徑模擬和加工仿真

    2.2 數(shù)控程序代碼生成

    由于不同的機(jī)床有著不同的控制器，其數(shù)控代碼和格式也不盡相同。在Master CAM軟件的后置處理中，可選用不同的后置處理文件以適應(yīng)不同的系統(tǒng)需要。針對高速銑床系統(tǒng)選用mpheid_i.pst的后置處理，并對刀具路徑進(jìn)行后置處理，就可以得到NC程序。

    薄壁盒體部分?jǐn)?shù)控加工代碼如下：

3 模塊化編程

    為了滿足薄壁盒體對生產(chǎn)周期的嚴(yán)格要求，生產(chǎn)時要對設(shè)備資源進(jìn)行不斷的調(diào)整，期望達(dá)到最優(yōu)效果，同時零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也在不斷更新，所以根據(jù)該薄壁盒體的特點(diǎn)及提供在這種特定模式下對產(chǎn)品質(zhì)量的保證，采用模塊化編程，能夠適應(yīng)需頻繁改動的設(shè)計(jì)，并且不影響產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。模塊化編程就是在程序編制前充分地了解加工流轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)，將薄壁盒體的各個腔進(jìn)行獨(dú)立編程（見圖12）。它的優(yōu)點(diǎn)是可以隨時進(jìn)行拆解，比如鉆孔改到普通加工中心上加工，只需把相應(yīng)的鉆孔模塊單獨(dú)拿出來進(jìn)行程序代碼生成即可；另一種情況就是設(shè)計(jì)的頻繁更改對加工的影響，只要做到首先在相應(yīng)模塊中更改，再分配下去生成獨(dú)立的加工程序代碼，就可以始終把加工進(jìn)程控制在主線中，達(dá)到忙而不亂的效果。

    圖12 模塊化編程

4 結(jié)語

    1)通過運(yùn)用工藝加強(qiáng)筋、加工參數(shù)和刀具改進(jìn)，保證薄壁腔體具有穩(wěn)定的定位面和夾緊面，防止零件在加工過程中變形，提高零件的加工精度。

    2)利用Master CAM模塊化編程，刀具路徑模擬和仿真，提高了數(shù)控程序的準(zhǔn)確率，縮短了零件的加工周期。