薄壁壳体类铝件的数控加工分析

薄壁壳体类铝件的数控加工分析

潘六文

贵州群建精密机械有限公司 563002

摘要：本文对薄壁壳体类铝件数控加工流程进行了简要论述，并分析了现阶段该类铝件加工过程中存在的问题及其产生原因，并以此为基础进行了薄壁壳体铝件数控加工工艺优化探讨，旨在提升数控加工技术的基础精度，提升薄壁壳体类铝件加工的质量与精度。

关键词：薄壁壳体；铝件；数控加工

引言：薄壁壳体类铝件由于自身厚度较小、材料硬度较低等问题，加工进程中极易发生形变。同时，由于现代技术背景对于零件精度要求不断提升，加工难度极大。需要对现有数控工艺进行一定程度的改进，确保零件生产的质量与效率。

一、薄壁壳体类铝件数控加工工艺流程

（一）刀路生成

刀路指机械薄壁壳体铝件加工过程，切削的主要路径，对于铝件加工的最终质量意义重大^[1]。刀路生成之前需要结合铝件生产要求对其进行建模，构建完整且细致的数学模型图。而后，对模型表面进行检查，保证其表面的光顺性，避免通孔的存在导致加工过程中出现掉刀现象，进而造成刀具或者工作台的损坏。若通孔不可避免的存在，要先用实体或者曲线进行修补。之后，进行刀路生成，刀路设计的具体思路为：

第一，依据不同部位的加工需求选择加工方式，主要包含轮廓加工、挖槽加工与钻孔点位加工。

第二，工艺参数的设置。包含刀具使用参数、切削范围参数、刀具移动路径、进退刀方式和铝件生产精度要求等。

第三，系统自动生成刀具路径。

对所有需要加工的铝件部位执行上述操作，直至加工中所需的全部刀具路径设计完成。

此外，刀具路径设计进程中要结合铝件的实际情况进行个性化参数设计，避免最终产出铝件变形的现象发生。如当表面存在众多不同深度的岛屿时，需要额外进行岛屿深度设计；当整体切削厚度较大时，需要采取分层施工设计；当表面锥度存在差异时，需要进行分区设计；同时，在下刀方式、刀具种类选择过程中同样需要具备较高的针对性，避免过度振动或者切削造成铝件变形。

（二）模拟加工

模拟加工就是在刀具路径设计完成之后，利用特定软件模拟执行加工流程，查看刀具路径设计是否具备较高的合理性，是否存在最终加工成果与预设效果差距。若存在，则需要分析误差产生原因，并在刀具路径设计流程进行修改，尽可能保证薄壁壳体铝件数控加工一次成型，避免多次加工造成的时间浪费、对薄壁材料施工导致铝件变形风险增大、及刀具或者工艺选择错误导致原材料报废的现象，保证刀具路径生成的可靠性，保证薄壁壳体铝件数控加工的质量。

（三）数控程序后置处理与生成

数控程序后置处理大多为系统自动转换，相较于之前技术流程误差出现的可能性明显降低。相关人员只需要按照机床及控制器的种类选择合适的后置处理程序，生成对应的机械控制语言即可。若存在特殊需求，也可以直接对程序语言进行参数编辑，确保薄壁铝件数控加工的最终质量。

二、薄壁壳体铝件数控加工质量控制

薄壁壳体铝件型腔复杂、最小剩余厚度较小、切削量较多、自身材质较软、加工工艺复杂等特点均会提升铝件变形的概率，加工进程中残余应力、低应力、参数设计等原因均会造成铝件变形。

（一）薄壁壳体铝件质量影响因素

第一，装夹因素。夹具是数据加工进程中的通用工具，无法针对性满足所有加工条件的个性化要求^[2]。对于薄壁壳体铝件来说，夹具不合适产生的应力差已经足够导致最终产品产生变形，影响数控加工质量。

第二，切削参数。切削参数对于数控加工质量影响巨大，尤其是薄壁壳体铝件，切削角度、速度、宽度等细微变化产生的摩擦应力都会导致铝件成品最终形变的不同。

第三，走刀因素。传统走刀方式为最少进刀次数，从理论上分析，该种加工模式是最小化材料受力变化，保障加工质量的手段。但该种方案在实际设计中灵活性严重不足，尤其是在薄壁壳体材料加工进程中，大规模、一次性走刀设计导致材料加工过程中一旦发生细微形变，走刀路径将完全偏离，元件加工误差较大，精细化加工已不具备开展基础。

（二）薄壁壳体铝件质量控制措施

第一，优化装夹方式。首先，也是最为核心的装夹质量提升方式，差异化加工夹具，针对薄壁壳体铝件数控加工的特点设计专用夹具，避免加工过程中不平衡或者不稳定应力的产生，避免零件变形；其次，为薄壁零件提供支撑力，用以抵消其表面承受的不平衡力，降低薄壁壳体铝件变形的概率；最后，采用工艺缓冲材料包裹夹具，降低夹具产生的应力，在该种措施应用过程中需要注意保证零件装夹的稳定性，避免加工过程中零件受力振动较大产生新的质量问题。

第二，提升仿真工艺质量。数控仿真工艺中存在相当的理想性因素，与实际情况之间总会存在一定的误差。在不考虑人员能力因素的基础上，仿真工艺的质量将直接决定工艺参数设计的合理性，仿真工艺还原程度越高，相关人员参数设计进程中影响因素分析精确程度越高，零件生产的误差控制越简单。因此，提升工艺参数设计的质量，工作重心应当放在仿真工艺提升之上，不断对仿真手段与原理进行优化，最大可能上还原实际加工状态，提升薄壁壳体铝件加工的精度与质量。

第三，走刀路径改进。走刀路径改进过程中需要明确的是，传统路径设计原则是不存在问题的，只是在精度要求不断提升的加工背景之下，缺乏必要的灵活性。因此，走刀路径改进的核心在于通过系统的优化，允许零件加工过程随时无影响中断并且对已有走刀路径进行修改，确保零件发生变形时，相关人员能够立即进行调整，减小加工误差。

此外，随着新型技术出现，数控加工技术在研究创新层面受关注程度越来越低，已经有相当长一段时间工艺流程未进行大幅度更新，与现代精度不断提升的薄壁壳体铝件加工脱节较为严重，无法支撑许多高精度零件的生产。因此，要加强数控加工研究的投入，不断优化工艺流程，提升数控加工的精确程度与稳定性，适应不断更新的市场需求。

结论：薄壁壳体类铝件数控加工是一项精度要求较高、变形风险较大的加工流程。生产进程中需要做好质量控制工作提升参数及刀具设计的合理性，同时加强数控技术的研究与更新，不断提升数控控制系统的精度，全面保障薄壁壳体类铝件的加工质量。

参考文献：

[1]王伟,黎佩瑜,李伟华.启帆STS关节型工业机器人铸件设计初探[J].铸造技术,2019,40(07):683-687.

[2]李世昊,王目孔,孙建新,等.薄壁曲面航天结构件无模铸造工艺研究[J].铸造技术,2018,39(12):2735-2738