目前薄壁零件數控加工，主要采（cǎi）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（duàn），采用有限元（yuán）分析技術，獲取薄壁零件變形（xíng）區域，采（cǎi）用數控補償技術（shù）加以修正（zhèng），以（yǐ）保證加工的（de）精度；優（yōu）化切削（xuē）參數和加工路（lù）徑，以減小變形；通（tōng）過開發特製刀具及（jí）改造機床（如雙（shuāng）主軸機床等），來解決（jué）變形（xíng）問題；通過新的（de）裝夾方案和架構調整，來增強薄壁零件的（de）剛度等（děng）措施。由於工藝的保密性，相關（guān）技術資料隻（zhī）涉及了問題的表層（céng）部分（fèn），薄壁零件加工技術的獲取（qǔ），並沒有隨著（zhe）高（gāo）速加工機床的引進而得到解決（jué）。薄壁零件的數（shù）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（shù）

      薄壁零件是指壁厚與內徑曲率半徑（或輪（lún）廓尺寸）之比小於1:20 的零件。薄壁零件的共同特點，是壁薄、強度低、抵抗變形能力差，但（dàn）並不表示薄壁（bì）零件在常態下（xià），就會發生塑性變形，其有一定的彈性力，在某些（xiē）特殊複雜的環境中，發（fā）揮其的重要作用，也可（kě）以說薄壁零件處於彈性變形階段。

      為了更好地（dì）理解薄壁零件的（de）加工特點，我們可（kě）以將其分解成（chéng）若幹小段的杆件組成（chéng），即薄壁零件彈塑性變形的受力分析微分化處（chù）理。首先假設杆件（jiàn）處於（yú）靜定梁（liáng）狀態，兩端承載力是（shì）無限大，來源於（yú）薄（báo）壁零件支撐點的承載力，從塑性分析中，我們得知（zhī）靜定梁的中間部位最為嚴重，若刀具切削薄壁零件時，判斷（duàn）薄壁方向切削力（lì）F 小於零（líng）件材料極限載荷則未引起靜定梁的（de）變（biàn）形，單（dān）個的（de）靜定梁（liáng）處（chù）於（yú）彈性階段。若每個小的靜定梁單元是穩定的，薄壁零件作為整個係統也是穩定的，所以切削力F 小於極限載荷FP的情（qíng）況（kuàng）下，假設成立。根據切（qiē）削力F 小於極限載荷FP的條件，來求解薄壁零件（jiàn）壁厚的最大切削量。根據最大切削量加工和加工精度要求，選擇合適精加工餘（yú）量，那麽（me）薄壁零件始終保持彈性變形階段，實現薄壁零（líng）件數控加工一刀成形，從而提（tí）高加工效率。

      2 切削（xuē）力數學模型

      實驗證（zhèng）明，在機床加工係統和刀具幾何參數確定的（de）前提下（xià），加工切削力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（或切削高度）ae 等因素的影（yǐng）響，且基本上成線性關（guān）係。

      我們首先將（jiāng）相關實驗數據，列成切削速度（或（huò）主軸轉速（sù））n、進給速度νf 、背（bèi）吃刀量ap 和切削寬度（或切削高度）ae 以及（jí）切削力F 的正（zhèng）交實驗數據（jù）表格，應（yīng）用多元線性（xìng）回歸分（fèn）析方法，建立切削力的預測模型和（hé）表麵粗糙（cāo）切削力

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

      表麵粗（cū）糙度Ra= b1 + b2 n + b3 νf + b4 ap + b5 ae。

      3薄壁零（líng）件（jiàn）最大切削量

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

      當薄壁零件處（chù）於臨界（jiè）條件時，背吃刀量ap 取值為（wéi）最大切削量ap max，切削力為F = β1 + β2 n + β3 νf + β4 ap max + β5 ae，極限載荷為其中， b 為刀（dāo）刃切削寬度（dù）在薄壁（bì）法線方向的投影； h 為薄壁零

件的壁厚； l 為薄壁相鄰支撐（chēng）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（zuì）大切削量計算得

      根據薄壁（bì）零件壁厚的最大（dà）切削量和零件精度的要求，選擇合適精加工餘量，實施（shī）薄壁零件最後一道切削加（jiā）工。

     4仿真研究

      圖（tú）1 為3Cr2Mo 注塑模具鋼零（líng）件（jiàn）的壁厚為2 mm的薄壁部分結構圖（tú），長100 mm，表麵粗糙度（dù）為Ra =1.6 μm，尺寸公差等級（jí）為IT8 級（jí）。

      實驗條件：銑削平麵，材（cái）料3Cr2Mo 注塑模具鋼（調質，硬度HRC28～30）。刀具為直徑10 mm，螺旋角30°，雙（shuāng）刃，直柄整體式硬質合金平頭立（lì）銑刀，TiAIN 塗層。實驗結果如表1 所列。

      銑削平麵（3Cr2Mo 注塑模具鋼）的數學模型為分列如下：

      X 向（xiàng）切削力

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

      表麵（miàn）粗糙度

      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級，我們選擇粗銑－精銑的加工工藝方案。

      工藝參數為：

      背吃刀量為ap = 0.1 mm；

      轉速n = 2 000 r/min；

      進給速度νf = 100 mm/min；

      切（qiē）削深度為ae = 4 mm；

      由薄壁法線方向受力公式

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

      可以求解得：切削力FX = 75.132 1 N，表麵（miàn）粗糙度Ra = 0.24 μm，符合加工粗糙度要求。根（gēn）據薄壁（bì）零件塑性變形的（de）臨（lín）界條（tiáo）件，其中材料3Cr2Mo 注塑模具鋼屈服極限σs = 680 N/mm2。當（dāng）前加工工藝參數下（xià），薄壁（bì）零件極限載荷為：

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

      計算薄（báo）壁零件壁厚的最大切削量為：

      ap max = 0.9984 mm。因為ap max ＞ap，所以上述加工工藝方案可行。若進一步提高加工效率（lǜ），可以增加進給速度和切削深度。

      5結束語

      一刀成形工藝，解決（jué）了（le）目前薄壁零件依賴高速加工技術的高成本和技術難題，大大（dà）降低了薄壁零件加工成本（běn），提高了效率。同樣“一刀（dāo）成（chéng）形”工藝的提（tí）出，為普通數控機床實現薄壁零件（jiàn）高效率加工的提供（gòng）了可（kě）行性方案（àn）。