航空异形薄壁零件数控加工工艺

　　该零件为公司转包生产的航空用结构件，属于薄壁异形难加工零件 （见图1），壁厚最薄处2.5mm，材料为板料7050-T7451 AMS4341，零件最小包容体尺寸180mm×95mm×123mm，要求表面粗糙度值Ra=3.2μm。

　　
图1

　　1. 工艺性分析
　　（1）该零件除两侧面（见图1A、B面）为平行平面外，其余均为曲面，曲面上的小孔均为法向孔，特别是C处侧轮廓与相邻曲面垂直，因此必须采用五轴联动加工。

　　（2）零件壁厚较薄，曲面轮廓度要求0.5mm，图示C轮廓右端处壁厚只有2.5mm，且该处刚性较差，加工中应避免产生振刀和让刀。

　　（3）零件的大部分面均为曲面，给数控加工中定位和装夹带来了困难，因此在数铣加工方案中需设置工艺夹头，提供定位基准和可靠的装夹平面。

　　2. 数铣加工方案
为解决该零件装夹定位难题，设计了两种加工方案。

　　（1）在零件的A处端面设置工艺夹头，用虎钳夹紧夹头部位，将零件其余部位加工完成，最后使用线切割沿A处端面去除夹头。夹头设置如图2所示。

　　该方案的优点是：可以用五轴装夹，一次完成零件多个面的加工，避免多次装夹产生较大的定位误差，便于加工前的生产准备（不需要专用工装或组合夹具）。使用机床切割去除夹头，切面较规整、美观；缺点是：五轴加工的工作量较大，批量生产后成本较高。图2中D区域加工时刚性差，易振刀。

　　
图2

　　（2）在零件的两侧端面均设置工艺夹头，在夹头上制定位孔，作为多次装夹的唯一基准，夹头和零件在联接处可以做得较薄，最后用普通铣床去除夹头。夹头设置如图3所示。

　　
图3

　　该方案的优点是：解决方案一中零件D区域数铣加工中刚性不足的问题。 零件可多次装夹在三轴机床上完成大部分区域的加工，可数铣降低加工成本；缺点是：去除料头的工作量较大，且对操作者技能要求较高。

　　通过对上述两个加工方案的比较，可以看出方案二的加工方法较为经济，可行性高，实施的风险较低。因此，我们选择方案二进行实施。

　　3. 工艺流程和加工过程
（1）下料 该零件的材料状态为进口铝合金板料，材料单价约为4.75美元/磅，其材料成本在零件总成本中所占比例较高。为节约材料，并根据零件轮廓形状，我们采用套料加工，如图4所示。为预留两侧工艺夹头，方料尺寸定为280mm×194mm×110mm，使用线切割沿零件轮廓切开（成两块“L”形料），每块方料可以加工出两件零件。

　　（2）三轴加工部分 切割后的毛坯首先在工艺夹头的区域加工定位基准面和基准孔，以及上螺栓压紧用的压槽，如图5所示。使用虎钳装夹零件，上表面用镶齿盘铣刀铣平，保证平面度0.02mm。定位孔加工到f10H8，两孔间距（178±0.03）mm。

　　该零件在样件加工过程中，除了加工两定位孔和压紧槽，后续零件的粗精加工都在五轴机床上完成。因五轴加工成本较三轴铣削中心高很多，我们将数铣工序内容进行了细化，尽量采用三轴机床加工，较大地降低了该零件的加工成本。具体加工路线如下。

　　三轴数铣加工部分：首先，以底面和两孔定位分别加工图6～图9的工序内容。40工序：以两定位孔和15、20工序加工出的台阶面定位，如图10所示。零件主体和工艺凸台联接处壁厚2mm，并延伸12mm（A、B处），用于后续切断用。15工序中加工侧面的开口腔时，因其在加工方向存在倒扣面，如图11所示UG拔模分析中的区域。该区域只能留到五轴机床上进行加工。

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