航空薄壁零件主要由側(cè)壁和腹板組成巧鸭，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜指锉、體積較大洗搂、相對剛度較低悴觅，故加工工藝性差篮烈。在切削力才避、裝夾力捌养、切削振顫等因素作用下满页，易發(fā)生加工變形预署，不易控制加工精度和提高加工效率。加工變形和加工效率問題成為薄壁零件加工的重要約束問題惑拙。目前聂歹，國內(nèi)外的相關(guān)研究為薄壁件加工精度控制提供了一些理論指導(dǎo)。一些文獻(xiàn)從加工工藝系統(tǒng)的整體剛性角度考慮插呜，提出了充分利用零件的整體剛性加工薄壁零件的思想乘步；有的文獻(xiàn)從機床聯(lián)動主軸數(shù)方面著手，提出了平行雙主軸精度控制方案砾楞；有的文獻(xiàn)從裝夾系統(tǒng)方面考慮榨降，提出了利用低融合金填充或使用真空夾具精加工薄壁零件的方法；有的文獻(xiàn)從切削用量方面考慮顿豹，提出了變進(jìn)給加工的方法扇牢；有的文獻(xiàn)從有效補償加工變形的思想出發(fā)，提出了薄壁零件加工變形分析及控制方案跋擅，對如何進(jìn)行銑削精度控制提出了一些建議椰陋。本文繼承了最后提及文獻(xiàn)的思想，即通過試驗設(shè)計绸罗，有限元分析去研究銑削過程中薄壁零件及刀具的傾斜機理意推；在其研究的基礎(chǔ)上豆瘫，通過實驗手段，分析和驗證了刀具偏擺數(shù)控補償方案菊值。實驗結(jié)果表明外驱，刀具偏擺數(shù)控補償加工方案有效地控制了薄壁件的加工精度，提高了加工效率腻窒，是一種方便昵宇、高效的加工方法。

圖1 立銑刀切削負(fù)載單元分布示意圖

1 刀具偏擺數(shù)控補償方案

刀具偏擺數(shù)控補償技術(shù)儿子，即是在有限元分析基礎(chǔ)上瓦哎，根據(jù)模擬分析加工變形的大小，在數(shù)控編程時讓刀具在原有走刀軌跡中按變形程度附加連續(xù)偏擺柔逼，補償因變形而產(chǎn)生的讓刀量蒋譬。通過刀具偏擺數(shù)控補償，可以將讓刀殘余材料切除愉适，一次走刀即可保證薄壁件壁厚精度寓蔼，從而達(dá)到高效、經(jīng)濟韩艾、優(yōu)質(zhì)加工薄壁零件的目的筛六。其基本思想即通過建立受力模型、變形模型及數(shù)控補償模型得到數(shù)控補償方案吭芯，從而保證薄壁件加工精度要求通溜。因此，切削力模型和變形模型是精確實現(xiàn)刀具偏擺數(shù)控補償技術(shù)的基礎(chǔ)兰歼，而精確的變形分析又依賴于準(zhǔn)確的載荷模型溪毕。因此必須通過切削力實驗，建立準(zhǔn)確的銑削力模型矫第；然后遍沟，在精確迭代分析加工變形的基礎(chǔ)上，實施有效的刀具偏擺數(shù)控補償加工浑擎。

1. 切削力的計算

在實施刀具偏擺數(shù)控補償加工之前倚务，首先要知道零件的加工變形量，即利用有限元技術(shù)對工件進(jìn)行加工變形分析沼死；而精確的變形分析又依賴于準(zhǔn)確的載荷模型(切削力着逐、裝夾力、定位約束等)意蛀，其中關(guān)鍵是切削力的計算耸别。不同的刀具及加工方法，有不同的切削力計算方法。在航空薄壁零件的加工中秀姐，以螺旋立銑刀加工居多慈迈。而對于螺旋立銑刀的受力模型，以沿著刀具螺旋線作空間狀態(tài)分布的銑削力模型為最佳(如圖1)省有。

在加工薄壁零件過程中痒留，通過理論分析及實驗檢驗，薄壁零件的加工變形主要由徑向切削力引起蠢沿。本文采用前述文獻(xiàn)中的切削力模型來模擬計算銑削力大小及分布狀況伸头。由此，可得到如圖2所示的瞬時徑向切削力空間分布圖舷蟀。

圖2 瞬時徑向切削力空間分布圖	圖3 刀具和工件的有限元模型
圖4 工件沿刀具軸線方向各節(jié)點變形	(a)刀具不傾斜時
圖6 試件沿刀具軸線方向加工誤差曲線	(b)刀具傾斜時 圖5 刀具銑削示意圖

加工變形模擬分析

本文選擇如圖3所示的薄壁結(jié)構(gòu)作為研究試件恤磷。工件材料為7075-T6，楊氏模量E=77Gpa,泊松比g=0.33戈勾；刀具型號為F1832E.W.16.Z3.26.45.W

對于加工變形的精確計算绷煎，需要綜合考慮工件和刀具在切削過程中的加工變形大小。在建模過程中元八，可以將工件簡化為一個底端帶有固定約束的直側(cè)壁來進(jìn)行分析玻桶；而將刀具簡化為一個懸臂梁。加載人切削力聪萨、約束以及輸人材料特性參數(shù)，并根據(jù)加工精度要求劃分單元網(wǎng)格(如圖3)肢糜。

在 ANSYS中對其模擬分析加工變形情況盘另，理論計算結(jié)果與實際加工測量結(jié)果如圖4所示。顯然秃停，理論分析計算結(jié)果與實驗結(jié)果基本吻合巩荧。

刀具偏擺數(shù)控補償

通過加工變形模擬分析，得到的工件在加工過程中的變形分布狀況和趨勢丹伙。由于加工變形產(chǎn)生讓刀誤差福耐，其結(jié)果必然產(chǎn)生一定的尺寸誤差(如圖5(a))。為了有效補償這種因上件剛性不足而產(chǎn)生的加工變形恼五，可以讓刀具偏擺一定的角度(如圖5(b))昌罩。刀具偏擺數(shù)控補償，即是根據(jù)模擬分析加工變形的大小灾馒，在數(shù)控編程時讓刀具在原有走刀軌跡中按變形程度附加連續(xù)偏擺茎用，補償因變形而產(chǎn)生的讓刀量。通過刀具偏擺數(shù)控補償睬罗，可以將讓刀殘余材料基本切除轨功，一次走刀即可保證薄壁件壁厚精度。

2 加工實例與結(jié)果

為了驗證刀具偏擺數(shù)控補償方案的可行性，故安排了一定的實驗工作古涧。當(dāng)由3mm壁厚加工出2mm壁厚時垂券，根據(jù)實際加工要求和加工參數(shù)，通過理論計算羡滑，在數(shù)控編程時圆米，將刀具傾斜0.05度。加工后啄栓，沿刀具軸線方向在薄壁上每隔2mm測量工件的壁厚(如圖6)娄帖。實驗研究結(jié)果表明，在刀具傾斜的情況下卜判，零件的加工尺寸精度較高仔省。

3 結(jié)論

從以上實驗可以看出，對于薄壁零件的加工众攻，將刀具傾斜一定角度以后红集，通過一次走刀，可將試件的加工精度控制在允許范圍以內(nèi)条稍。對于不同的工件判懒，可通過有限元模擬加工變形值的大小，實施刀具的連續(xù)數(shù)控偏擺補償悟惰，則可以補償因變形而產(chǎn)生的讓刀誤差刀雳，一次走刀即可保證薄壁件的加工精度，避免了多次空走刀和人工修整估曾，從而達(dá)到高效粪世、經(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)加工薄壁零件的目的黔章。刀具偏擺數(shù)控補償方案是一種有效的提高薄壁零件數(shù)控加工質(zhì)量和加工效率的加工方法胁塞。