薄壁零件数控加工工艺质量改进方法
APPROACHES TO IMPROVE THE PROCESS QUALITY
OF THIN-WALLED WORKPIECE IN NC MACHINING
ZHENG Lian-yu. WANG Shu-chun
(School of Mechanical Engineering and Automation. Beijing Umversity
of Aeronautics and Astronautics. Beijing 100(183. China)
摘要，提出了通过数控加工前期的预防性仿真(包括几何仿真与物理仿真)分析与减小工件变形的数控工
艺设计过程范式卜将工件视为弹性体.模拟实际加工中的工艺约束卜建立工艺模型.通过有限元分析检查变形
引起的微观误差。井根据工艺成本代价，浓次采取进给量局部调整、刀具路径修正、改进装夹方案，改进毛坯
结构工艺性4种策略，减小或消除加工变形误差.达到逐步改进工艺质量的目标以某薄壁口框验证了通过预
防性仿真改进工艺质量的有效性
关钮词工艺质量;数控加工;薄壁零件;变形;仿真
中圈分类号,V260文献标识码:A
Abstract: This paper proposes a procedure diagram for NC pldnning /programming to analyze and decrease de-
formation through preventive simulation, which views the workpece as an elastic body with deformation, es-
tahlishes the扭ecbanical and technological model involving the real process constraintsisuch as locating and
supporting) and loads(rutnng, clamping and supporting forces), and checks the micro-errors (deformation)
through the FEACFinfte Element Analysis > of the workpiece. In order to decrease deformation, this paper
presents four different improvement approaches or techniques.脚consequently utilizing all these four ap-
proaches according to the process quality cost trends, the optimization process environment which leads to
higher machining quality can be gradually achieved prior to actual machining. Finally, this paper describes an
experimental study about an aerospace thin-walled frame to validate the proposed diagram and four approach
Key words: process quality; numerical controls thin-walled wnrkptece t deformation; spring-back: simulatinn
数控加工过程可分为3个阶段工艺设计与
零件编程(加工前):在线加工和监控(加工中);
检验处理(加工后)‘加工中工艺系统会受到各种
干扰，如加工变形、工件安装误差、刀具偏摆、刀具
磨损、受热变形等明显影响加工质量。对于薄壁
零件，突出问题是变形不易控制。目前主要靠后2
个阶段被动地采取措施，如实时误差检测与补偿、
加工后手工打磨、增加变形矫正工序等，质量不易
保证。笔者认为、对于数控加工，前期工艺设计与
编程阶段是保证加工(制造)质量的关键阶段，其
主要措施是采用CAE或仿真技术，模拟加工过
程中工艺系统的几何特性和物理特性，从而得到
优化的工艺方案或参数。数控加工仿真包括几何
收栩日期200-08-1};修订日期21900-1y-na
基金项目国防科技顶研基金资助项目49习)&.2._ HKU)181
文童网址:hitp: //www. hkxh. net. cNhkxh/2001 /us/(1424/
仿真和物理仿真Ct_，前者将工件、刀具、机床等工
艺系统要素视为刚性体，不考虑系统的变形，通过
刃具路径检查诸如干涉、碰撞和过切等宏观误差，
技术上已成熟而物理仿真将工件、刀具等视为弹
塑性体，模拟工艺约束和干扰建立工艺模型，通
过有限元分析检查变形引起的微观误差。对此研
究正在引起重视一幻，重点是力变形，目前大多局
限于刀具变形‘偏摆)分析与控制1t.’一月」，它们视工
件为刚体，这对刚性强的模具加工是有效的〔t」而
对薄壁件加工，主要是工件变形，装夹位置与夹紧
力、走刀方式与路径、切削用量等对工件变形都有
重要影响，目前还缺乏一种将几何仿真与物理仿真
融为一体的加工变形控制及质量改进的有效方法
为此，提出基于预防性仿真的工艺质量改进的过
程范式针对薄壁零件的加工变形控制问题提出
具体的4种改进方法.即进给量局部调整、
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