薄壁零件加工精度要求？南京薄壁类零件加工哪家企业好？
一：干货分享 | 薄壁零件加工精度要求？
如今制造业中难加工材料大量应用，其加工性能差与结构整体化带来的结构复杂化和高材料去除率，给薄壁复杂结构件加工带来了巨大挑战，对制造装备、工艺技术等也提出了更高要求。特别是大型弱刚性曲面结构件、薄壁回转体类零件、薄型多面体类等零件，在装夹技术方面亟待突破。
薄壁零件加工的柔性工装设计
航天类的薄壁复杂结构件具有弱刚性、形状结构相似等共性特征，同时型号种类呈现系列化发展特点，如舱体和端框类，舵面和翼面类等，这些零件的定位和夹紧规律性强。薄壁整体结构在切削加工中零件刚性随大量毛坯材料的去除而变化，结构刚性低且复杂，因而客观上要求加工中工件夹紧力要实时调整以适应零件整体动态刚度的变化;需要进行多点辅助支撑，以提高加工部位的局部刚度，减少薄壁变形。
带传感器的柔性工装
综合体现机电液一体化技术和多传感器信息融合技术的柔性工装是近年来出现的先进装备技术，柔性工装的技术特点是定位和夹紧元件为通用元件，可互换性好;定位夹紧位置可自适应调整;夹紧力大小、方向和夹紧顺序可自动控制;驱动执行机构为机电液一体化部件;应用位移、力和压电传感器元件。
柔性工装技术可以使一套夹具满足系列化多种尺寸规格的零件安装要求，既具有机械式可调夹具和组合夹具的柔性，又具有特种专用夹具的高效性，适用于数控加工设备，可以使高速数控加工机床的性能得到更加充分的发挥，大幅度降低辅助准备时间。
大型曲面结构件加工方法
大型复杂铝合金贮箱网格壁板是焊接成为贮箱的基础零件，壁板按结构不同，又可分为壳段壁板和筒段壁板，不同型号的壳段壁板或筒段壁板结构又各不相同。根据设计要求，壁板在保持足够刚度和强度的前提下需尽量轻量化，所以其模型存在独特的结构特征。
壁板结构
壁板制造采用整块铝制板材辊弯后进行五轴铣削加工，整个加工工艺系统和加工过程具有区别于其他常规结构件加工的特点,这些特点主要包括：非规则蜂窝网格结构、凸台和口框等特征交错、整体相似与局部差异并存;宏观大尺寸与局部变刚性特征相结合;多应力耦合条件下的复杂转变规律，使得壁板发生宏观的翘曲变形以及不同网格位置的局部变形加大了不同网格壁厚的不均匀性。
壁板真空吸附装置
针对贮箱壁板高效高精加工需求，可以真空吸附装夹技术，通过真空吸附夹具吸附装夹零件，使其受到均匀分布载荷的夹紧力，从而减少零件因夹紧力造成的变形，提高零件的加工精度。真空吸附柔性装夹装置的主要组成包括：壁板内型面机铣加工大型真空吸附装置、外型面机铣加工大型真空吸附装置、真空发生系统、平台一体化控制系统。其中，真空吸附装置的主要组成包括铸造形胎、转臂气缸和真空吸盘、阀块模组、压力传感器、真空管路、快速接头、手动截止阀、密封条等组成。
真空发生系统的主要功能是提供持续、稳定的气压差，确保吸盘能够牢靠的吸住工件。真空发生系统的组成包括：真空泵、消音器、电磁压差真空阀、高真空隔膜阀、真空阱、高真空手动蝶阀、真空表、控制系统等，真空发生系统中重要的性能参数是其所能获得的极限真空度和对容器的有效抽速。
薄壁回转体类零件加工
舱体、端框等结构件属于典型薄壁回转体类零件，这类结构件的数控铣削加工柔性工装可用于零件周向孔、槽、口框、型腔的铣削、钻削与镗削加工，而长度方向和直径方向的夹持范围均可在一定范围内调整，工装系统夹紧力范围也可调，从而适应多品种相似结构产品的装夹需求，其外圆车削夹具、内腔与端面车削夹具均具备软爪卡盘装夹功能，以适应薄壁结构的小变形装夹需求。
传统装夹条件下，薄壁回转体类零件多采用机械压板、闷盖的组合装夹方式，装夹时间长，装夹可靠性完全依靠工人态度和工作规范性，夹紧力大小和一致性无法保证。根据薄壁回转体类零件特征设计液压柔性工装系统，形成轴向夹紧位置可调，夹紧与浮动支撑结合，多点自动定心的柔性夹紧技术，从而满足不同直径和不同长度的回转体类零件夹紧需求。
薄壁回转零件铣削加工柔性工装
多类型号的舱体、端框等薄壁回转体类结构件均可采用同一套夹具装夹，柔性夹具的轴向行程径向行程均可以调整，轴向夹紧位置可以随舱体外形加工的位置而改变，解决加工干涉问题。通过液压站控制系统压力和夹紧力大小，采用有限元仿真分析不同夹紧力条件下，零件装夹变形情况，从而确定最优夹紧力。夹具底部采用360度转台，能够实现舱体等回转体类结构件不同位置的旋转和加工。
薄壁件外圆夹持示意
在舱体类零件的外圆与内腔加工中，六爪或八爪卡盘特别设计适于薄壁件和易变形工件的多点夹持。多爪卡盘基爪两两相连可浮动向心夹紧，这样使多个夹紧点的力方向皆指向中心，保证工件不易变形。同时，此种设计使得在卡盘上直接使用传统卡爪成为可能，并兼具离心力补偿。
薄型多面体类零件加工
薄型多面体类零件一般有较高的空气动力学要求，因此结构设计复杂，表面加工质量要求较高。这类结构件以多斜面为主，结构复杂，刃口部位局部最薄壁厚不足0.5mm，零件材料去除率达70%以上，典型零件对象包括舵面、翼面、罩板等。
传统装夹模式下，针对薄型多面体类零件舵采用机械压板夹紧，装夹时间长，装夹可靠性完全依靠工人经验和工作规范性，夹紧力大小和一致性无法保证。根据薄型多面体类零件特征设计液压柔性工装系统，通过合理分布夹紧点，结合自动压紧和压紧力控制，形成适用于多种型号舵面、翼面类零件的柔性工装系统。
舵翼类在加工过程中需要进行两面加工，因此需要设计两套柔性工装系统来分别完成正面和反面的加工，结构示意图如图5所示。以翼面零件为翼面零件毛坯正面夹紧采用六个液压转角下压油缸完成六个位置压紧，毛坯放置底座采用挖空设计，防止在零件加工时底座干涉。通过液压站控制系统压力控制六个夹紧点夹紧力大小，采用有限元仿真分析不同夹紧力条件下，零件装夹变形情况，确定最优夹紧力。
在完成正面加工后，利用正面夹紧工艺搭子，反面夹紧采用六个液压转角下压油缸完成与正面相同的六个位置压紧，毛坯放置底座采用挖空设计，防止在零件加工时底座干涉。
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薄壁筒类零件的加工方法：
薄壁件目前一般采用数控车削的方式进行加工，为此要对工件的装夹、刀具几何参数、程序的编制等方面进行试验，从而有效地克服了薄壁零件加工过程中出现的变形，保证加工精度。影响薄壁零件加工精度的因素有很多，但归纳直来主要有以下三个方面：
(1)受力变形
因工件壁薄刚性很差，车削是装夹不当在夹紧力的作用下容易产生变形，从而因为切削力及重力影响使工件发生弯曲变形从而影响工件的尺寸精度和形状精度。
(2)受热变形
因工件较薄散热性能较差，在切削热的作用下会引起工件热变形或膨胀，使工件尺寸难于控制。
(3)刀具磨损
由于薄壁工件较长一次走刀时间很长因此在切削过程中受振使刀具磨损较大从而影响工件的尺寸精度。
（4）跟刀架及中心架的使用
车超薄壁件时由于使用跟刀架，若支承工件的两个支承块对零件压力不适当，会影响加工精度。若压力过小或不接触，就不起作用，不能提高零件的刚度：若压力过大，零件被压向车刀，切削深度增加，车出的直径就小，当跟刀架继续移动后，支承块支承在小直径外圆处，支承块与工件脱离，切削力使工件向外让开，切削深度减小，车出的直径变大，以后跟刀架又跟到大直径圆上，又把工件压向车刀，使车出的直径变小，这样连续有规律的变化，就会把细长的工件车成“竹节”形。造成机床、工件、刀具工艺系统的刚性不良给切削加工带来困难，不易获得良好的表面粗糙度和几何精度。
（5）同轴度难保证
工件内孔由深孔完成后，再精车外圆，深孔加工中难免有椭圆、锥度以及跳动等因素，影响外圆同轴度和跳动。
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薄壁零件加工工艺实例讲解
为解决铝合金薄壁零件在机械加工中由于变形影响零件的尺寸、形位公差的问题，以高速、低进刀、低切深的加工方法，通过一次装夹完成零件全部关联尺寸的加工，从而降低零件在加工过程中由切削力过大而引起的变形，避免加工基准与设计基准不能重合产生的误差，提高零件的尺寸精度和形位精度。
1. 问题的提出
在零件的机械加工过程中，常常会由于内应力而产生变形，尤其是有色轻金属如铝、镁合金的加工。内应力引起的翘曲、侧弯和扭曲等形式的变形频繁出现，会严重影响零件的加工质量及加工效率，特别是对于薄壁、薄板类零件表现得尤为突出。如何最大限度地减少或消除零件的变形，保证产品质量及生产效率，多年来一直是我们研究的课题。
2. 原因分析
为提高铝合金的加工和使用性能，在加工前需要通过热处理（淬火处理+时效处理）的途径提高强度。材料在淬火过程中产生很大的内应力，时效过程不能完全释放淬火过程中产生的内应力，在后续的机械加工过程中，新的切削应力产生，随着材料的不断去除，内应力的平衡状态被打破，内应力重新分布，直至达到新平衡过程而产生变形，使零件失去应有的加工精度。而且当零件表面的应力超过材料的强度极限时，还会产生裂纹。
3. 解决办法
针对以上原因，对于铝合金薄壁、薄板类零件采用“套材”法进行加工。“套材”法就是一次装夹完成所有尺寸加工后，再将零件从毛坯中掏出的加工方法。套材过程包括铣上面→粗铣内腔→粗铣外形→精铣外形→精铣内腔→精铣底面→点（钻）孔→切断等工艺。由于整个过程是在一次装夹中完成的，在切断之前，由于零件与毛坯材料底面连接，所以内应力的产生不会造成零件有较大变形，在整个过程中零件尺寸稳定。在切断时，需要让毛坯材料与零件材料在底面有0.1mm粘连，以保证在整个“套材”过程中零件有足够的强度抵抗加工过程中产生的切削应力。
将零件从毛坯中切下后，零件虽由于应力释放而发生变形，但是零件上各相对尺寸不会改变，只需要增加校正工序校平底面所有尺寸、形状均可恢复正确。
4. 应用实例
如图1所示为铝合金薄板零件，我们应用“套材”法进行加工，方法如下：
（1）工艺过程制定：由于零件最终厚度为2mm，在下料机加工过程中容易产生应力，发生变形，根据其结构特点，具体加工工艺流程为下料→时效→铣基准→磨基准→去毛刺→铣外形（“套材”法加工）→去毛刺→校正→检验→入库。通过时效工序消除下料过程中产生的应力；通过铣基准、磨基准工序，保证基准平面与夹具定位面完全接触，定位准确可靠，从而保证铣外形工序中厚度方向的所有尺寸。由于这两道工序属于见光加工，所以在此过程中产生的微小应力引起零件的变形量不会影响加工尺寸；通过铣外形（“套材”加工）完成零件所有尺寸加工；通过去毛刺工序去除加工过程中产生的各种毛刺、飞边，保证后续加工定位精准；通过校正工序校正由于大余量加工后零件产生的变形；检验工序检验零件所有尺寸与图样要求的符合性；最后入库提交。
（2）毛坯尺寸确定：毛坯长度
式中，H毛坯为毛坯厚度；H零件为零件总厚度。
（3）装夹方式确定：由于零件外形尺寸较小，采用组合夹具，以底面定位，压住零件边沿即可（见图2）。压板必须均匀分散在毛坯的周边，保证整个加工过程中零件底面与夹具紧密贴合。压紧位置必须在刀路边界之外，避免在加工过程中铣刀压板。
1.零件轮廓 2.刀具 3.毛坯边界4.刀路边界 5.压板
（4）“套材”过程实施：
①刀具的选用。为在套材过程中减少零件变形量，在保证加工效率的前提下，尽量选用直径小的刀具。刀具越小，加工过程中的切削力就越小，产生的应力也越小。本零件加工选用φ 6mm立铣刀。②切削用量的确定。为减少切削力，按高转速、高进给和小切深的原则选用切削用量。根据加工现场机床的刚性和最高工作转速，选择转速S=4 000r/min，进给速度F=1 000mm/min，径向切深= 50%D刀具，轴向切深0.2mm。
③程序的编制。铣外形在铣加工中心上进行，利用编程软件按照零件图样建立数字模型后按“套材”法包含过程中的刀路顺序编制数控程序，编程过程中按前述选择刀具和切削用量（见图3）。
（5）实施效果：通过实际加工验证，校正后的零件所有尺寸均满足图样要求。铣外形工序实际加工时间为33min，满足批生产要求。
5. 结语
“套材”法目前已经在我厂铝合金结构件批生产加工中广泛应用。不仅提高了加工效率和产品质量，而且因为是一次装夹完成所有尺寸加工，从而避免了设计基准和工艺基准不重合而引起的误差，避免因尺寸链换算而压缩公差，简化了工艺规程制定过程和零件的加工过程。
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