該零件為公司轉(zhuǎn)包生產(chǎn)的航空用結(jié)構(gòu)件，屬于薄壁異形難加工零件 （見圖1），壁厚最薄處2.5mm，材料為板料7050-T7451 AMS4341，零件最小包容體尺寸180mm×95mm×123mm，要求表面粗糙度值Ra=3.2μm。
1. 工藝性分析
1）該零件除兩側(cè)面（見圖1A、B面）為平行平面外，其余均為曲面，曲面上的小孔均為法向孔，特別是C處側(cè)輪廓與相鄰曲面垂直，因此必須采用五軸聯(lián)動加工。
2）零件壁厚較薄，曲面輪廓度要求0.5mm，圖示C輪廓右端處壁厚只有2.5mm，且該處剛性較差，加工中應(yīng)避免產(chǎn)生振刀和讓刀。
3）零件的大部分面均為曲面，給數(shù)控加工中定位和裝夾帶來了困難，因此在數(shù)銑加工方案中需設(shè)置工藝夾頭，提供定位基準(zhǔn)和可靠的裝夾平面。
2. 數(shù)銑加工方案
為解決該零件裝夾定位難題，設(shè)計了兩種加工方案。
1）在零件的A處端面設(shè)置工藝夾頭，用虎鉗夾緊夾頭部位，將零件其余部位加工完成，最后使用線切割沿A處端面去除夾頭。夾頭設(shè)置如圖2所示。
該方案的優(yōu)點是：可以用五軸裝夾，一次完成零件多個面的加工，避免多次裝夾產(chǎn)生較大的定位誤差，便于加工前的生產(chǎn)準(zhǔn)備（不需要專用工裝或組合夾具）。使用機(jī)床切割去除夾頭，切面較規(guī)整、美觀；缺點是：五軸加工的工作量較大，批量生產(chǎn)后成本較高。圖2中D區(qū)域加工時剛性差，易振刀。
2）在零件的兩側(cè)端面均設(shè)置工藝夾頭，在夾頭上制定位孔，作為多次裝夾的唯一基準(zhǔn)，夾頭和零件在聯(lián)接處可以做得較薄，最后用普通銑床去除夾頭。夾頭設(shè)置如圖3所示。
該方案的優(yōu)點是：解決方案一中零件D區(qū)域數(shù)銑加工中剛性不足的問題。 零件可多次裝夾在三軸機(jī)床上完成大部分區(qū)域的加工，可數(shù)銑降低加工成本；缺點是：去除料頭的工作量較大，且對操作者技能要求較高。
通過對上述兩個加工方案的比較，可以看出方案二的加工方法較為經(jīng)濟(jì)，可行性高，實施的風(fēng)險較低。因此，我們選擇方案二進(jìn)行實施。
3. 工藝流程和加工過程
1）下料 該零件的材料狀態(tài)為進(jìn)口鋁合金板料，材料單價約為4.75美元/磅，其材料成本在零件總成本中所占比例較高。為節(jié)約材料，并根據(jù)零件輪廓形狀，我們采用套料加工，如圖4所示。為預(yù)留兩側(cè)工藝夾頭，方料尺寸定為280mm×194mm×110mm，使用線切割沿零件輪廓切開（成兩塊‘L’形料），每塊方料可以加工出兩件零件。
2）三軸加工部分 切割后的毛坯首先在工藝夾頭的區(qū)域加工定位基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)孔，以及上螺栓壓緊用的壓槽，如圖5所示。使用虎鉗裝夾零件，上表面用鑲齒盤銑刀銑平，保證平面度0.02mm。定位孔加工到f10H8，兩孔間距（178±0.03）mm。
該零件在樣件加工過程中，除了加工兩定位孔和壓緊槽，后續(xù)零件的粗精加工都在五軸機(jī)床上完成。因五軸加工成本較三軸銑削中心高很多，我們將數(shù)銑工序內(nèi)容進(jìn)行了細(xì)化，盡量采用三軸機(jī)床加工，較大地降低了該零件的加工成本。具體加工路線如下。
三軸數(shù)銑加工部分：首先，以底面和兩孔定位分別加工圖6～圖9的工序內(nèi)容。40工序：以兩定位孔和15、20工序加工出的臺階面定位，如圖10所示。零件主體和工藝凸臺聯(lián)接處壁厚2mm，并延伸12mm（A、B處），用于后續(xù)切斷用。15工序中加工側(cè)面的開口腔時，因其在加工方向存在倒扣面，如圖11所示UG拔模分析中的區(qū)域。該區(qū)域只能留到五軸機(jī)床上進(jìn)行加工。
關(guān)鍵詞：航空異形薄壁零件數(shù)控加工
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