数控加工变形控制

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1、数控加工数控加工变形控制策略形控制策略目目录1 1 引言引言2 2 影响数控加工影响数控加工变形原因形原因3 3 数控加工数控加工变形控制关形控制关键技技术 4 4 工件残余工件残余应力力稳定化定化处理理5 5 增增强工件加工工件加工过程程刚性性6 6 数控数控编程及切削参数程及切削参数优化技化技术7 7 装装夹系系统优化技化技术8 8 高速切削技高速切削技术9 9 物理仿真技物理仿真技术10 10 加工后校形技加工后校形技术1、引言、引言 数数控控加加工工技技术已已经成成为航航空空航航天天产品品制制造造的的关关键技技术之之一一。航航空空航航天天产品品中中有有大大量量金金属属薄薄壁壁件件，并并

2、向向重重量量轻、精精度度高高、结构构复复杂方方向向发展展，例例如如飞机机壁壁板板、肋肋、梁梁、框框、缘条条、长绗以以及及座座舱盖盖骨骨架架等等；而而金金属属薄薄壁壁件件的的加加工工中中存存在在装装夹困困难、容容易易变形形、加加工工精精度度难以以保保证等等问题，故故金金属属薄薄壁壁件件的的加加工工工工艺技技术成成为难点点。如如何何使使其其加加工工工工艺变得得简单化化、较好好地地控控制制变形形，并并高高效效率率、高高质量量、低低成成本本完完成成加加工工，成成为数数控控加工工加工工艺技技术发展的一个重点。展的一个重点。影响数控加工影响数控加工变形原因分析形原因分析2、影响数控加工、影响数控加工变形原

3、因形原因数控数控编程及切削参数程及切削参数优化技化技术装装夹系系统优化技化技术增增强工件加工工件加工过程程刚性技性技术物理仿真与物理仿真与变形形误差差补偿技技术数控高速加工技数控高速加工技术数控加工数控加工数控加工数控加工变变形控制形控制形控制形控制关关关关键键技技技技术术工件残余工件残余应力力稳定化定化处理技理技术加工后校形技加工后校形技术3、数控加工、数控加工变形控制关形控制关键技技术 4、工件残余工件残余应力力稳定化定化处理理冷冷热循循环时效效自然自然时效效冷冷锻处理理振振动时效效预拉伸拉伸处理理稳定化定化处理理人工人工热时效效4.1 预拉伸型材拉伸型材 对于无于无纤维流向要求的零件和大

4、多数有流向要求的零件和大多数有纤维流向流向要求的零件要求的零件,均可改均可改为预拉伸板材加工，但材料成本有拉伸板材加工，但材料成本有所增加。由于板材内部残余所增加。由于板材内部残余应力力较小，切削加工引起小，切削加工引起的残余的残余应力失衡不会引起明力失衡不会引起明显变形。目前数控加工的形。目前数控加工的飞机整体壁板、整体梁、整体肋、复机整体壁板、整体梁、整体肋、复杂缘条、大型接条、大型接头等各等各类大型大型铝合金合金结构件中已大量采取构件中已大量采取预拉伸板材，拉伸板材，例如例如7050-T7451；必；必须注意材料状注意材料状态最后一位最后一位为“1”时，不允，不允许再再进行人工行人工时效

5、效处理。理。 4.2 坯料冷坯料冷镦及校平工及校平工艺 如果翼如果翼类件采用的是件采用的是铝合金材料合金材料锻件坯件坯块，采，采用独特的用独特的“冷冷镦”工工艺，即，即锻打打锻件坯件坯块的两面，的两面，使其坯使其坯块在厚度方向上减薄在厚度方向上减薄58，使，使锻件毛件毛坯坯产生生预紧压应力，力，对减少工件加工减少工件加工变形效果明形效果明显。如果采用的是板料，如果采用的是板料，经过下料加工后下料加工后难免免产生生变形，形，可将板料放在平的橡胶或木墩上，用胶皮可将板料放在平的橡胶或木墩上，用胶皮鎯头进行行局部校形，或用橡胶板局部校形，或用橡胶板对板料反复翻面板料反复翻面进行拍打。行拍打。这些方法

6、些方法对于翼于翼类件加工前毛坯的准件加工前毛坯的准备十分必要。十分必要。 4.3 振振动时效效 振振动时效在国外称效在国外称VSR（Vibratory Stress Relief），振），振动时效效对于消除、均化和减小金属构于消除、均化和减小金属构件的残余件的残余应力，提高工件抗力，提高工件抗动载荷荷变形能力，形能力，稳定定构件尺寸精度有比构件尺寸精度有比较好的效果。目前好的效果。目前针对重量重量较轻的薄壁零件，多采用智能型多的薄壁零件，多采用智能型多级振振动时效工效工艺和超和超声振声振动工工艺。 采用采用铝合金合金VSR多多级振振动时效消除效消除应力工力工艺技技术，匀化和消除匀化和消除铸铝件

7、材料内件材料内应力和切削加工力和切削加工产生的内生的内应力，力，稳定工件尺寸精度，定工件尺寸精度，缩短加工周期。振短加工周期。振动时效的效的实质是以共振的形式是以共振的形式给工件施加附加工件施加附加动应力，当附加力，当附加动应力与残余力与残余应力叠加后，达到或超力叠加后，达到或超过材料的屈服极材料的屈服极限限时，工件，工件发生微生微观或宏或宏观塑性塑性变形，从而降低和均形，从而降低和均化工件内部的残余化工件内部的残余应力，并使其尺寸精度达到力，并使其尺寸精度达到稳定。定。多多级振振动时效技效技术是在是在传统振振动时效技效技术的基的基础上，上，自自动捕捉工件捕捉工件35个个亚共振共振频率，更率，

8、更彻底消除和均化底消除和均化工件内部残余工件内部残余应力，特力，特别是是对重量重量较轻的工件，多的工件，多级振振动时效技效技术尤其适合。尤其适合。 4.4 人工人工时效与自然效与自然时效效 消除消除应力有自然力有自然时效、效、热时效、振效、振动时效、静效、静态过载时效、爆炸效、爆炸时效、超声冲效、超声冲击振振动时效、循效、循环加加载时效等，效等，虽然都有然都有优缺点，但都在一定程度上缺点，但都在一定程度上达到消除和均化的目的。工件达到消除和均化的目的。工件变形形问题可以通可以通过切切削去大部分加工余量后，再削去大部分加工余量后，再进行人工行人工时效效处理或理或较长时间的自然的自然时效，均可有效

9、的解决。因此，只要效，均可有效的解决。因此，只要注意工注意工艺安排及安排及时效效处理即可解决。理即可解决。 批生批生产时可利用工件加工的可利用工件加工的轮回回时间间隙，隙，进行自然行自然时效。自然效。自然时效最短效最短时间一般不得少于一般不得少于72小小时。4.5 冷冷热循循环时效效处理理 冷冷热循循环时效效处理在小中型理在小中型铝材料薄壁零件加工材料薄壁零件加工应用用比比较广泛，特广泛，特别是是摄式式50C 90C的深冷冰柜的深冷冰柜应用，用，使得其工使得其工艺比在比在专用容器（保温、隔用容器（保温、隔热）里加入一定量的）里加入一定量的液氮液氮进行深冷行深冷处理，更具有理，更具有实用性和可操

10、作性。如下用性和可操作性。如下图是是某某铝合金的薄壁件采用的冷合金的薄壁件采用的冷热循循环时效效处理参数。理参数。结果表果表明高低温循明高低温循环处理理对消除消除铝合金件的残余合金件的残余应力、改善材料力、改善材料的切削加工性能、减少切削加工的切削加工性能、减少切削加工变形有明形有明显的效果。的效果。石膏石膏填料填料低熔点低熔点合金合金工工艺凸台凸台胎具胎具工装工装增增强工件工件刚性性5、增增强工件加工工件加工过程程刚性性 增增强零件零件刚性和性和紧固零件方法有多种，具体有固零件方法有多种，具体有: 1、浇灌石腊灌石腊; 2、浇灌石膏灌石膏; 3、应用低熔合金。此用低熔合金。此外外还应用明用明

11、矾、低熔塑料。在其它零件加工中、低熔塑料。在其它零件加工中, 还有用硫磺、松香、牙托粉等材料的情况。俄有用硫磺、松香、牙托粉等材料的情况。俄罗斯近斯近几年使用一种尿素几年使用一种尿素树脂聚合物脂聚合物, 作作为增增强零件零件刚性性的材料。的材料。该聚合物是由聚合物是由96% 的尿素的尿素树脂和脂和4% 的硫的硫酸酸钾组成，熔融温度成，熔融温度为134 140C。固化迅速。固化迅速, 刚性好性好,粘粘结力力强, 溶解速度快溶解速度快, 价格便宜。可局部或价格便宜。可局部或整体地增整体地增强非非刚性零件的性零件的刚性。加工完性。加工完毕后后, 把零把零件加件加热或放入水中或放入水中, 聚合物可自行

12、与零件脱开。聚合物可自行与零件脱开。5.1 工工艺凸台凸台应用用 在大型复在大型复杂结构件的数控加工中，构件的数控加工中，应广泛采用工广泛采用工艺凸台装凸台装夹策略，并根据策略，并根据产品工品工艺特点，特点，设计不同不同类型的型的装装夹工工艺凸台（工凸台（工艺搭子）和搭子）和辅助支撑。并利用助支撑。并利用辅助支助支撑撑强化切削点的化切削点的刚性以减少因性以减少因弹性性变形而引起的精度形而引起的精度误差，使工件加工具有良好的开敞性，无差，使工件加工具有良好的开敞性，无须考考虑刀具和余刀具和余料的碰撞，排屑更加方便，也有利于料的碰撞，排屑更加方便，也有利于应力力释放。放。 5.2 石膏填料在薄壁件

13、加工中石膏填料在薄壁件加工中应用用 石石膏膏作作为填填料料增增强薄薄壁壁结构构件件工工艺刚性性，是是一一种种非非常常经济实用用的的方方法法，其其要要点点是是要要在在加加工工时，设计工工艺腔腔体体或或人人为围成成腔腔体体，一一次次将将一一个个面面加加工工成成型型，浇上上石石膏膏，经快快速速固固化化后后，修修平平基基准准即即可可使使用用，目目前前石石膏填料工膏填料工艺方法已在航空大型薄壁方法已在航空大型薄壁结构件中大量使用。构件中大量使用。 填填石石膏膏的的工工件件表表面面必必须涂涂刷刷防防锈油油以以防防锈蚀；在在填填石石膏膏的的工工件件表表面面尽尽可可能能铺一一层油油封封纸（或或塑塑料料薄薄膜膜

14、）；另另外外，由由于于石石膏膏凝凝固固时产生生热量量，对于于深深腔腔体体工工件件必必须分几次填入石膏。分几次填入石膏。5.3 低熔点合金低熔点合金应用用 采采用用低低熔熔点点合合金金（ Low Low Melting Melting Alloy Alloy ），类似似铸造造原原理理，将将低低熔熔点点填填料料填填充充在在工工件件腔腔体体或或人人为设计的的工工艺腔腔体体之之中中，使使零零件件成成为实心心刚性性体体；由由于于零零件件刚性性提提高高，同同时可可以以提提供供了了装装夹面面和和定定位位基基准准面面，装装夹及及找找正正方方便便，使使得得零零件件的的加加工工工工艺性性大大大大改改善善，加加工工

15、精精度度提提高高。加加工工完完毕，加加热使使低低熔熔点点合合金金或或低低熔熔点点填填料料熔熔化化、倒倒出出、回回收收即即可可，填填料料可可重重复复使使用用。由由于于加加热温温度度低低，不不会会影影响响零零件件的的材材料料状状态，也也不不会会引引起起零零件件的的变形形，不不损伤零零件件，最最终得得到到高高精精度度的的复复杂薄壁零件。薄壁零件。低熔点合金配制低熔点合金配制 低熔点合金的熔化温度可配置成低熔点合金的熔化温度可配置成47C47C262C262C，可通可通过几种常用合金元素不同配比几种常用合金元素不同配比获得。得。铋(Bi)(Bi)、铅(Pb)(Pb)、锡(Sn)(Sn)、铟(In)(I

16、n)、锑(Sb)(Sb)等几种金属元素是比等几种金属元素是比较理想的低熔点合金理想的低熔点合金组分。分。锡熔点熔点231.9C231.9C，铅熔点熔点为327.4C327.4C，锑熔点熔点为630.5C630.5C；铟熔点熔点为156.6C156.6C，具，具有有热缩冷冷胀性性质，但价高；，但价高；铋熔点熔点为271.3C271.3C，密度，密度为9.759.75，无毒无害，并具有，无毒无害，并具有热缩冷冷胀特性，特性，铋同同铅、锡、锑、铟等金属等金属组成的二元、三元、四元、五元合金，改成的二元、三元、四元、五元合金，改变这些金属在合金中所占的百分比，就可些金属在合金中所占的百分比，就可获得得

17、47C47C262C262C熔点和不同物理性熔点和不同物理性质的合金。的合金。 因共晶合金中的晶格因共晶合金中的晶格发生畸生畸变，就不像原始的那，就不像原始的那么么稳定了，要破坏它定了，要破坏它们之之间的化学的化学键，需要的能量就，需要的能量就很少，即熔点会降低。很少，即熔点会降低。铋基合金低熔点合金在基合金低熔点合金在实用性、用性、经济性性较好，同好，同时利用冷凝利用冷凝时不收不收缩的特性，可作的特性，可作为填料加工高精度薄壁工件。以填料加工高精度薄壁工件。以铋(Bi)(Bi)金属金属为主要成分，主要成分，逐逐渐加入加入铅(Pb)(Pb)、锡(Sn)(Sn)、锑(Sb)(Sb)等几种金属元素

18、，等几种金属元素，并不断改并不断改变含量，得到所需要的低熔点合金。含量，得到所需要的低熔点合金。 例：例：铋(Bi)41(Bi)41、铅(Pb)30(Pb)30、锡(Sn)20(Sn)20、锑(Sb)9(Sb)9进行配比，得到了熔点行配比，得到了熔点为70C70C的合金，的合金，实物如物如图1 1所示。所示。该铋基合金低熔点共晶合金，密度基合金低熔点共晶合金，密度为9.4g/cm39.4g/cm3。 该合金很容易合金很容易铸型，而且一旦凝固即可使用。用型，而且一旦凝固即可使用。用热水、水、热油浸泡或低温烘烤，可很容易将其从型模、油浸泡或低温烘烤，可很容易将其从型模、铸模、模、固定固定夹具或零件

19、中清除并回收，可多次使用。低熔点合具或零件中清除并回收，可多次使用。低熔点合金金实物及加物及加热方法如方法如图所示。所示。实物及加物及加热方法方法图低熔点合金在薄壁腔体加工中低熔点合金在薄壁腔体加工中应用用典型薄壁盒体零件典型薄壁盒体零件图 某典型薄壁腔体零件：某典型薄壁腔体零件：腹板和腹板和侧壁壁厚均壁壁厚均为0.4mm0.4mm0.5mm0.5mm材料：材料：铝合金合金 铝盒子加工采用平口盒子加工采用平口钳夹紧，铣完上腔体和四周完上腔体和四周外外侧面后，翻面面后，翻面铣下腔体和四周外下腔体和四周外侧面，面，该工工艺要将要将低熔点合金分低熔点合金分别作作为腔体的填料、及保腔体的填料、及保护精

20、加工后的精加工后的薄壁面薄壁面夹持面填料两种用途。工持面填料两种用途。工艺流程如下：流程如下： 下料下料飞铣六面六面铣上腔体上腔体浇铸低熔点合金低熔点合金铣上腔体四周上腔体四周0.50.5厚外厚外侧 卸下工件、用硬卸下工件、用硬纸围四四侧面面浇铸低熔点合金形成低熔点合金形成夹持面持面铣下腔体、保下腔体、保证底面底面0.50.5厚厚浇铸低熔点合金低熔点合金铣下腔体四周下腔体四周0.40.4厚外厚外侧熔化低熔点合金熔化低熔点合金成品成品 铝盒子零件加工盒子零件加工时采用低熔点合金分采用低熔点合金分别作作为腔体的腔体的填料（不必卸下工件，直接填料（不必卸下工件，直接浇注、再接着加工），以注、再接着加

21、工），以及用低熔点合金作及用低熔点合金作为填料保填料保护精加工后的薄壁精加工后的薄壁夹持面持面示意示意图和和实物。物。低熔点合金填料低熔点合金填料图 低熔点合金特低熔点合金特别适于在加工适于在加工时夹持不持不规则和易和易损形状工件的形状工件的部份。低熔点合金的机械性能足部份。低熔点合金的机械性能足以以满足定位和足定位和夹持操作持操作时的的刚性性要求和控制，可要求和控制，可进行行强力力压紧和和夹紧，很容易，很容易进行切削加工，并行切削加工，并作作为转换工工艺基准用。其使用的基准用。其使用的低温可保低温可保证在凝固和熔解在凝固和熔解时的的热畸畸变最小，基本上是冷最小，基本上是冷热变形很形很小，所以

22、作小，所以作为空心形状的空心形状的临时填填充物，充物，对保持工件的尺寸精度比保持工件的尺寸精度比较理想。理想。熔化低熔点合金熔化低熔点合金图实际加工加工结果：上、下腔体果：上、下腔体侧壁壁厚差壁壁厚差为0.025mm0.025mm上、下腔体之上、下腔体之间的的0.5mm0.5mm腹板厚度非常均匀，壁厚腹板厚度非常均匀，壁厚差差为0.030mm0.030mm，加工，加工质量比量比较理想理想 熔化低熔点合金后的工件熔化低熔点合金后的工件实物物图6. 数控数控编程及切削参数程及切削参数优化技化技术 在数控加工中在数控加工中, 由于切削参数的由于切削参数的选择不当不当导致切削致切削力力过大大, 刀具磨

23、刀具磨损严重重, 零件表面残余零件表面残余应力增加力增加, 加工加工质量下降等都会增加加工成本量下降等都会增加加工成本, 降低数控加工的效率降低数控加工的效率, 因此数控加工切削参数的合理和因此数控加工切削参数的合理和优化化选择是非常重要是非常重要的的, 目前关于切削参数目前关于切削参数优化已化已经提出了多种算法提出了多种算法, 其中其中基于生物基于生物进化理化理论的基因算法的基因算法, 可用于多参数可用于多参数, 多多约束束条件和多目条件和多目标的的优化化, 可可进行全局的探索行全局的探索优化化, 用基因用基因算法算法优化切削参数的有效性已在多个化切削参数的有效性已在多个报告的告的实例中得例

24、中得到到验证。计算采用不同的切削速度、切削量、算采用不同的切削速度、切削量、进给量量下的残余下的残余应力及力及变形情况形情况,从中得到各切削参数从中得到各切削参数对变形的影响形的影响,以以选择优化切削参数化切削参数,在达到加工精度的前在达到加工精度的前提下尽量提高加工效率。提下尽量提高加工效率。 采用控制采用控制变形的加工工形的加工工艺，从刀具、切削参数、，从刀具、切削参数、走刀路径的走刀路径的选择及程序的及程序的编制，都不同于制，都不同于传统的加的加工。确保薄壁工。确保薄壁类零件的加工零件的加工质量，同量，同时必必须简化生化生产工序使工序使绝大多数工作都集中在数控工序上完成。大多数工作都集中

25、在数控工序上完成。数控加工常数控加工常见工工艺问题的的处理：理： 顺逆逆铣， 凹、凹、凸角加工，凸角加工， 陡壁加工，陡壁加工， 分分层加工，加工， 进退刀退刀控制，控制， 对称加工。降低切削力、减少表面称加工。降低切削力、减少表面应力力集中、利用刀具的合理的材料集中、利用刀具的合理的材料选择、刀具角度的、刀具角度的优化、切削用量的化、切削用量的优化、切削液的化、切削液的选择及使用等方法及使用等方法降低切削力。降低切削力。对于数控机床，可利用主于数控机床，可利用主轴功率的使功率的使用效率来初步确定切削力大小。用效率来初步确定切削力大小。 6.1 设置置应力力释放槽放槽 应力力释放缺口技放缺口技

26、术是是经过大量大量试验验证、控制、控制变形的有效方法形的有效方法。应力力释放缺口的放缺口的设置一般在零件加工置一般在零件加工的最开始的最开始进行，不同行，不同结构的零件，构的零件，设置方法不同。置方法不同。 西西飞公司加工某壁板零件公司加工某壁板零件设置置应力力释放槽示放槽示图6.2 层优先加工策略先加工策略 层优先加工策略能先加工策略能够较好的控制加工好的控制加工变形，其基形，其基本方法是：先按照本方法是：先按照342516的的顺序序加工所有槽腔的第一加工所有槽腔的第一层，再按照同，再按照同样的的顺序加工第二序加工第二层，一直到最，一直到最终要求，要求，这样变形控制效果比形控制效果比较理想。

27、理想。而而传统的槽腔加工一般采取的槽腔加工一般采取顺序加工的方式，效果差。序加工的方式，效果差。 6.3 拐角加工技拐角加工技术 在拐角在拐角处,建建议走走带圆弧的刀具路弧的刀具路线,并且其半径并且其半径应大于刀大于刀具的有效半径。可以具的有效半径。可以有效地避免在工件上有效地避免在工件上撞出不必要的内凹。撞出不必要的内凹。同同时，必，必须较好运用好运用CAM软件的拐角降件的拐角降速功能。速功能。6.4 陡峭壁加工技陡峭壁加工技术 侧壁受力壁受力产生生变形和回形和回弹，发生生过切和切和啃刀刀现象象侧壁壁刚性增性增强，变形小，避免了形小，避免了过切切现象象6.5 错位位层加工技加工技术 对于薄壁

28、件的于薄壁件的侧壁壁加工，在加工，在层优先原先原则基基础上，目前流行一上，目前流行一种种错位位层切数控加工切数控加工策略，使得直壁策略，使得直壁刚性性增增强，变形大大减小，形大大减小，避免了避免了过切切现象。象。6.6 深槽加工策略深槽加工策略 深槽加工是复深槽加工是复杂结构件常构件常见的加工的加工难题之一。之一。为了保了保证加工效率及加工效率及质量，首先必量，首先必须采用采用变换刀刀长加工的策略，加工的策略，按深度划分若干按深度划分若干层，刀，刀长递增；其次刀具增；其次刀具类型尽量型尽量选用用具有良好具有良好刚性的性的锥柄刀具；柄刀具；另外，切削策略尽量采用向另外，切削策略尽量采用向外外环切

29、形式，切形式，侧面采用面采用阶梯梯式余量，每式余量，每层切削深度随着切削深度随着槽深增加而槽深增加而递减。减。 6.7 数控插数控插铣加工技加工技术 插插铣加加工工是是在在数数控控切切削削过程程中中，刀刀具具只只有有沿沿主主轴方方向向进给运运动，以以底底刃刃参参与与切切削削的的加加工工方方式式。在在进行行深深槽槽腔腔加加工工、窄窄型型腔腔加加工工、转角角加加工工时，插插铣加加工工提提供供了了高高稳定定性性的的切切削削条条件件，振振动、让刀刀等等现象象大大大大降降低低，避避免免了了窝刀刀，零零件件表表面面质量量明明显提提高高，加工效率大大提高。加工效率大大提高。 采取数控采取数控补偿措施。根据措

30、施。根据实际加工得到的零件的加加工得到的零件的加工工变形情况和形情况和经验,设计数控数控补偿程序程序,让刀具在原有的刀具在原有的轨迹中考迹中考虑零件零件变形程度附加一个偏移量形程度附加一个偏移量,对加工加工变形形进行数控行数控补偿,以达到加工精度要求。以达到加工精度要求。6.8 数控数控补偿策略策略 例子：挂架。例子：挂架。7 装装夹系系统优化技化技术 装装夹方案改方案改进主要内容是主要内容是: 压板的数目、位置和板的数目、位置和夹紧力的大小、定位元件的位置、力的大小、定位元件的位置、结构等构等, 任意因素任意因素变化会引起有限元分析模型化会引起有限元分析模型约束的束的变化化, 从而引起零从而

31、引起零件件变形的形的变化。根据化。根据计算算结果提出相果提出相应的改的改进措施措施, 如改如改变压板数目、位置、工件定位孔的位置、数目、板数目、位置、工件定位孔的位置、数目、夹紧力大小等。力大小等。7 装装夹系系统优化技化技术 为了控制加工了控制加工变形，需要形，需要选择合理的装合理的装夹方法，方法，减少减少夹紧力力对变形的影响。装形的影响。装夹方案改方案改进主要内容是主要内容是: 压板的数目、位置和板的数目、位置和夹紧力的大小、定位元件的位力的大小、定位元件的位置、置、结构等构等, 任意因素任意因素变化会引起有限元分析模型化会引起有限元分析模型约束的束的变化化, 从而引起零件从而引起零件变形

32、的形的变化。根据化。根据计算算结果果提出相提出相应的改的改进措施措施, 如改如改变压板数目、位置、工件板数目、位置、工件定位孔的位置、数目、定位孔的位置、数目、夹紧力大小等。力大小等。 以下方法可供参考：以下方法可供参考： 通用通用压板。板。压板的数量和作用点分布数量是主要研究板的数量和作用点分布数量是主要研究内容。内容。 软爪。用于爪。用于夹持持轴外外圆加工内型面加工内型面时。 通用磁力吸通用磁力吸盘。对于于导磁性材料。磁性材料。 专用胎具。用胎具。 真空吸真空吸盘夹具。具。 定位心定位心轴。用于。用于轴类薄壁件以内孔定位、加工外型面薄壁件以内孔定位、加工外型面时，常采用一，常采用一夹一一顶

33、或一或一夹一拉，避免了径向一拉，避免了径向变形。形。真空真空夹具具应用用 在在数数控控机机床床加加工工航航空空薄薄壁壁零零部部件件时使使用用真真空空平平台台, ,由由于于加加工工过程程中中由由于于工工件件一一直直被被真真空空吸吸紧，具具有有装装夹不不变形形、工工件件尺尺寸寸容容易易保保证、薄薄壁壁无无颤纹、无无接接刀刀痕痕等等好好处。并并且且夹持持力力均均匀匀可可调、吸吸附附力力强、工工件件无无夹痕痕、易易装装卸卸，特特别适适合合于于航航空空薄薄壁壁槽槽型型件件、平平板板类零零件件；由由于于效效果果显著著，目目前前真真空空平平台台已已广广泛泛应用用于于航航空空薄壁零部件批生薄壁零部件批生产加工

34、。加工。真空真空夹具具结构示意构示意图减小切削力减小切削力振振动切削加工切削加工 振振动切削是一种新型的非切削是一种新型的非传统加工的特种切削加工的特种切削加工方法加工方法, , 按振按振动频率可分率可分为低低频振振动切削切削( ( 20150H z) 20150H z) 和超声振和超声振动切削切削( 15 35kH z)( 15 35kH z)。它是。它是给刀具刀具( (或工件或工件) ) 以适当的方向、一定的以适当的方向、一定的频率和振率和振幅的振幅的振动, , 以改善其切削功效的脉冲切削方法。与以改善其切削功效的脉冲切削方法。与普通切削相比普通切削相比, , 振振动切削具有切削力小、切削

35、切削具有切削力小、切削热降降低、工件表面低、工件表面质量提高、精度提高、切屑量提高、精度提高、切屑处理容易、理容易、刀具耐用度提高、加工刀具耐用度提高、加工稳定、生定、生产率高等率高等优点。点。 高速加工技高速加工技术已受到越来越多的重已受到越来越多的重视,高速切削高速切削条件下条件下,加工系加工系统原有的一些特性原有的一些特性发生生变化化,切削力降切削力降低低,尤其是径向切削力的大幅度减小尤其是径向切削力的大幅度减小,特特别有利于航空有利于航空航天薄壁件的高速精密加工航天薄壁件的高速精密加工;大部分切削大部分切削热被切屑被切屑飞速速带走走,零件可基本保持冷零件可基本保持冷态,因而特因而特别适

36、用于加工容适用于加工容易易热变形的零件形的零件;零件表面的残余零件表面的残余应力非常小力非常小,机械和机械和热应力力变形都减小。形都减小。8 高速加工技高速加工技术高速加工技高速加工技术的体系的体系结构构 高速切削的优越性。工件进给速度亦相应提高5 10倍,大大缩短了加工时间和空行程的时间，效率比10年前提高一倍多；。高速切削时,机床的激振频率相当高, 远离了工艺系统的低阶固有频率, 故工作平稳, 振动小, 加工精度和表面质量高；。当切削速度达到一定数值时, 切削力可减小30% , 尤其是径向切削力的大幅减小, 特别有利于提高薄壁件等刚性差的零件的加工；。单件的工资、机床费用大幅下降；开开发。

37、如在高速、大进给量和小切削深度的条件下, 可完成HRC62的淬硬钢的加工, 不仅效率高出电加工3 6倍, 且可获得很高的表面质量(Ra0.4)。干切削与硬切削新工干切削与硬切削新工艺提高生提高生产效率效率降低制造成本降低制造成本缩短新品开短新品开发周期周期提高提高产品品质量量高速加工高速加工切削力小切削力小高速切削的优越性提高生提高生产效率效率降低制造成本降低制造成本干切削与硬切削新工干切削与硬切削新工艺提高生提高生产效率效率降低制造成本降低制造成本缩短新品开短新品开发周期周期切削力小切削力小 高速切削加工薄壁件相高速切削加工薄壁件相对传统加工具有加工具有显著的著的优越性：切削力小，加工薄壁越

38、性：切削力小，加工薄壁类零件零件时工件工件产生的生的让刀刀变形相形相应减小，易于保减小，易于保证零件的尺寸精度和形位精度。零件的尺寸精度和形位精度。切削切削热对零件的影响减少，零件加工零件的影响减少，零件加工热变形小，形小，这对于控制薄壁件的于控制薄壁件的热变形非常有利。加工精度高，刀具形非常有利。加工精度高，刀具切削的激励切削的激励频率率远离薄壁离薄壁结构工构工艺系系统的固有的固有频率，率，保保证了了较好的加工状好的加工状态，实现了平了平稳切削，保切削，保证了零了零件的精度和表面粗糙度。加工效率高，比常件的精度和表面粗糙度。加工效率高，比常规加工高加工高510倍，倍，单位位时间材料切除率可提

39、高材料切除率可提高36倍。倍。 高速切削加工薄壁高速切削加工薄壁结构的构的优越性越性 采用螺旋采用螺旋线驱动方法方法编程，刀具程，刀具进入材料尽可能采用入材料尽可能采用连续的螺旋和的螺旋和圆弧弧轨迹迹进行行铣削，以保削，以保证恒定的切削条恒定的切削条件；爬坡采用件；爬坡采用单向加工，而不采用向加工，而不采用“之之”字加工，避免字加工，避免逆逆铣，减少刀具退出和重新，减少刀具退出和重新进入材料的次数，入材料的次数，维持刀具持刀具稳定的切削状定的切削状态，保持切削厚度均匀；精加工，保持切削厚度均匀；精加工时拐角等拐角等曲率曲率变化和切深化和切深变化化较大的部分要大的部分要预先先处理，使之留下理，使

40、之留下与其他部分相同的余量；切削与其他部分相同的余量；切削轨迹无突迹无突变，在刀，在刀轨转折折处采用无尖角刀具采用无尖角刀具轨迹；粗加工要重迹；粗加工要重视形状的准确性，形状的准确性，而不是而不是简单的去除材料，保的去除材料，保证后后续工序加工余量均匀。工序加工余量均匀。余量和切削用量要与切削参数相余量和切削用量要与切削参数相结合，合，选用合理的切削用合理的切削参数；避免切削余量突参数；避免切削余量突变，余量大，余量大时，应降低降低F；采用分；采用分层切削；有凸台的部位先清根，避免刀具切削；有凸台的部位先清根，避免刀具频繁碰撞凸台；繁碰撞凸台；有有样条插条插补条件条件时，通，通过NURBS曲曲

41、线编程。程。 高速切削加工高速切削加工编程要点程要点9 物理仿真技物理仿真技术 切切削削过程程物物理理仿仿真真主主要要结合合加加工工刀刀具具、被被切切削削材材料料、加加工工工工艺对实际切切削削加加工工的的状状况况进行行有有限限元元分分析析及及模模拟计算算，得得出出切切削削加加工工中中的的物物理理特特征征（如如力力、温温度度，以以及及被被加加工工材材料料和和刀刀具具在在切切削削过程程中中的的受受力力变形形、残残余余应力力等等数数据据），以以进行行装装夹方方案案的的改改进和和工工艺程程序序的的优化化。目目前前数数控控加加工工行行业比比较有有代代表表性性的的几几何何仿仿真真软件件有有CgtechCg

42、tech公公司司的的VericutVericut、法法国国SPRINGSPRING公公司司的的NCSIMULNCSIMUL；物物理理仿仿真真软件件有有美美国国Third Third Wave Wave SystemsSystems公司的公司的AdvantEdgeAdvantEdge等。等。 切削切削过程物理仿真与程物理仿真与变形形误差差补偿技技术包括高速包括高速切削机理研究、切削力建模、残余切削机理研究、切削力建模、残余应力力预测及切削路及切削路径和参数径和参数优化等。目前正在研究的化等。目前正在研究的4 4个方面个方面: : (1)(1)深入研究材料的高速切削机理深入研究材料的高速切削机理,

43、 , 建立切削参数与建立切削参数与切削力大小、工件加工表切削力大小、工件加工表层残余残余应力分布状力分布状态等的定等的定量关系量关系; (2); (2)将切削力和残余将切削力和残余应力大小信息力大小信息输入至工入至工件有限元模型中件有限元模型中, ,仿真切削加工仿真切削加工过程的程的动态特性特性, , 分分析不同切削参数和走刀路径条件下析不同切削参数和走刀路径条件下结构的构的变形形规律律;(3);(3)用一用一组体体积单元表示零件的元表示零件的实际变形形轮廓廓, ,并与并与刀具刀具扫过的三的三维空空间进行布行布尔运算运算, ,从而真从而真实描述材描述材料的切除料的切除过程程; (4); (4)

44、评估零件估零件变形引起的数控加工形引起的数控加工误差差, ,计算刀位算刀位补偿量量, ,修正原始数控加工刀位修正原始数控加工刀位轨迹。迹。数控加工数控加工变形形误差控制差控制补偿技技术1 1加工加工误差来源分析差来源分析2 2切削力建模切削力建模3 3工件切削表工件切削表层残余残余应力分布力分布4 4数控加工数控加工变形形误差控制、差控制、补偿方案方案刀位刀位轨迹修正迹修正计算加工算加工变形的流程形的流程图 物理仿真通物理仿真通过仿真切削仿真切削过程的程的动态力学、力学、热力学等物理力学等物理特性来特性来预测切屑形状、加工振切屑形状、加工振动、变形等行形等行为。适用于切削。适用于切削过程仿真的

45、有限元分析程仿真的有限元分析软件主要有件主要有AdvantEdge AdvantEdge 、 ANSYS ANSYS 、CutProCutPro、ABAQUSABAQUS等。等。力学仿真力学仿真有限元分析有限元分析 利利用用数数控控机机床床加加工工动力力学学特特性性测试分分析析系系统 、铣削削加加工工动力力学学仿仿真真系系统 ，根根据据不不同同的的机机床床对切切削削数数据据进行行分分析析验证，就就形形成成动力力学学仿仿真真图表表及及优化化切切削削参参数数的的系系统数据。数据。切削切削稳定域曲定域曲线工工艺填充支撑法填充支撑法p工工艺辅助支撑助支撑p填充低熔点材料填充低熔点材料p填充橡皮泥材料填

46、充橡皮泥材料工件工工件工艺刚度度优化增化增强方法方法余量分布余量分布优化法化法p一一维阶梯余量梯余量p二二维梯形余量梯形余量p多多维非均匀余量非均匀余量高速小切深高速小切深铣削削降低切削力降低切削力 F薄壁工件变形与颤振抑制途径利用工件利用工件利用工件利用工件自身材料自身材料自身材料自身材料利用填充利用填充利用填充利用填充支撑材料支撑材料支撑材料支撑材料高效可靠高效可靠高效可靠高效可靠安全安全安全安全节净节净MCKF(t)X(t)工工工工艺刚艺刚度度度度优优化法化法化法化法增加增加增加增加刚刚度度度度 K K 、阻尼、阻尼、阻尼、阻尼 C C 增加先增加先进校形校形设备和正和正规设计。现有的手工校形有的手工校形基本基本处于依靠于依靠经验，不可，不可预测的人的人为因素太多因素太多,没有没有理理论依据和依据和设计规范，需要根据范，需要根据变形和形和应力力预测的的结果，合理果，合理设计校正工校正工艺，增加，增加专用校正用校正设备，例如平，例如平板板压力机、扭曲度校正机等，保力机、扭曲度校正机等，保证校正校正质量。量。10 加工后校形技加工后校形技术