高精度、薄壁腔體類零件在軍事電子行業的應用越來越廣泛，該類零件一般由鋁板整體加工而成，材料去除率最達90%以上。同時，該類零件的一個顯著生產特點是品種多、批量小，甚至是單件生產。這種結構特點和生產模式決定了其制造技術一直處于不穩定狀態，加工制造一直存在加工周期長、加工成本高、加工精度不易控制等難點。高精度、薄壁腔體類零件金屬切除量大、工件壁薄、剛性低，加工中需要解決的主要問題是控制和減小變形，在此基礎上，希望盡可能提高切削效率、縮短加工周期。其加工工藝需要從工件裝夾、工序安排、走刀路線、切削用量參數、刀具選用等多方面進行優化。

1 工藝性分析 

      某產品平板裂縫天線輻射腔體如圖1所示。截面尺寸295mmx396mm，厚9mm，腔深8mm，腔體底部、腔體中間縱向和橫向隔柵厚度均為1mm，所有圓角均為R0.5mm。內腔形狀和位置尺寸精度10.03mm，由鋁板整體加工而成。 

      該輻射腔體為典型的高精度、薄壁、腔體類零件，具有薄壁、高精度、低剛性特點。加工中需要解決的主要問題是控制和減小變形。影響和造成工件加工變形的主要因素是毛坯內的殘余應力、切削力和切削熱產生的應力以及工件裝夾產生的應力和變形等。由于薄壁零件本身的剛性較差，加工后殘余的各種應力更易于使工件產生變形，同時"機床-工件"系統剛性較差易于產生顫振，影響工件表面質量。此外由于輻射腔底板密布耦合縫，不能采用常用的真空吸附裝夾方式，裝夾方式的選擇十分重要和關鍵。 

      在傳統工藝中，為了減小和消除各種應力對工件變形的影響，保證加工精度，增加了多道熱處理工序消除加工應力，這使得加工周期較長、加工成本較高。采取何種工藝措施和手段，控制和減小工件變形，以縮短加工周期、降低加工成本、保證加工質量，成為優化傳統加工工藝的重點和關鍵。

2 制造工藝技術

2.1 工藝流程設計

圖1 薄壁腔體零件及局部放大圖

      針對圖1所示輻射腔體制造工藝性，我們設計了優化的加工工藝流程如圖2所示。與傳統工藝流程相比如圖3所示。優化后的工藝流程去除了粗加工、半精加工和一道熱處理工序，避免了多次的裝夾、程序設計和工裝設計，可大大地縮短加工周期，提高加工效率，降低加工成本。采用圖2所示優化工藝流程，加工周期可平均縮短50%以上。

      在圖2和圖3所示工藝中，銑削工序為加工毛坯六個面，為數控加工提供初始的工藝基準，熱處理工序以去除毛坯內的殘余應力和加工應力為主要目的。 

      針對圖2優化加工工藝流程，普通銑工序中，采用真空吸附裝夾方式，加工毛坯六個面，在四周預留6mm余量，作為工藝壓邊。并對上下兩個大面的平面度提出了較高的要求(平面度0.08mm)，為下道工序提供工藝基準。熱處理工序去除毛坯內殘余應力，消除毛坯應力對工件變形的影響。在高速銑削工序中，首先采用真空吸盤裝夾方式，精加工上表面，在四角處側邊分別光出長 100mm的工藝基準邊，加工出所有藕合縫。翻轉后四周搭壓板并配合磁力吸附裝夾，找正工藝基準，在有效尺寸范圍內精光上表面，達厚度尺寸后，加工所有輻射腔體，小切削量加工四周預留工藝余量。鉗工去除所有毛刺。

2.2 高速銑削加工技術 

      高速切削加工技術代表著切削加工技術最高水平，在國內外已經得到了較廣泛的應用，高速切削加工中的"高速"是一個相對概念，在不同切削條件下，切削速度并不相同，但線切削速度是一個基本條件。目前最常沿用的一種觀點是高速切削加工是指線速度在500m/min-7000m/min的切削加工。高速切削加工有三個顯著的優點:高效率、高精度和高表面質量、低切削溫度和低切削力。

2.2.1 高效率 

      高速切削加工的特點是小切深、高進給，目前常用的高速切削加工主軸轉速一般在 巧000r/min35000r/min，切削進給速度一般在4000mm/min-12000mm/min，在通常情況下，高速切削加工的效率是普通數控加工的3倍 -6倍，高速切削加工的高效性在三維空間曲面的精加工中表現的優為顯著。

2.2.2 高精度和高表面質量 

      高速切削加工技術對高速切削加工機床系統的要求較高，高速切削加工機床本身就是高檔機床，其加工精度相對普通加工中心要高。切削過程中，影響工件表面質量的主要因素有切削時產生的積屑瘤、磷刺、振動以及切削刃的刃磨質量、工件材料組織的缺陷、切削液使用情況等。高速切削與普通切削相比，切削速度快、材料變形速度塊、應變率大，不易產生積屑瘤和磷刺。同時，由于切削速度較快，切削表面來不及產生塑性變形，切削加工已經完成。高速切削加工對刀具系統的動平衡要求較高，切削時振動性相對普通切削加工要好。因此，高速切削加工精度和表面質量非常好。

2.2.3 低切削力和切削溫度 

      高速切削與普通切削加工相比，切削力，尤其是徑向切削力可降低30%以上。由于切削速度高，切削熱來不及傳到工件，大部分被切屑帶走，一般認為大約有90%以上切削熱被切屑帶走。因此，高速切削加工過程中產生的應力可控制在很小的水平，這為高精度薄壁零件的高效加工提供了可能和技術支撐。 

      在本文所涉及的輻射腔體加工中，采用高速銑削加工技術，可以控制加工中由于切削引起的加工變形，省去粗加工、半精加工和熱處理工序，實現輻射腔體一次加工成型。大大的縮短工件加工周期。同時，較好地保證了工件的尺寸精度和表面質量。

2.3 防變形裝夾技術 

      防變形裝夾技術也是實現薄壁零件高效加工的關鍵，實現防變形裝夾的關鍵是裝夾時確保零件基準面與工作臺面或夾具基準面自然、致密貼合，零件基準面多點均勻受力緊固。這種裝夾對零件基準面平面度提出了更高的要求。 

      前面提到由于輻射腔底部密布禍合縫，在加工輻射腔體時無法采用真空吸附的裝夾方式。選擇何種裝夾方式，有效地減少裝夾變形，同時避免零件在加工時顫振，保證工件的加工精度和表面質量，是加工輻射腔體的關鍵。 

      高速銑削工序中加工輻射腔體時，我們采用了四周預留工藝裝夾余量，搭壓板裝夾6處，如圖4左所示。由于零件截面尺寸較大，僅靠四周搭壓板無法保證加工時中心區域的可靠裝夾，如果不采取特殊的工藝措施和手段，中心區域在加工是時會顫振，影響工件尺寸精度和表面質量。針對該零件的特點，我們采取了從中心向兩側逐漸擴散、對稱加工的刀具軌跡。每次加工2個輻射腔，精加工到位后在腔底部加磁力塊，如圖4右所示。通過磁力吸附進行裝夾加強，使得加工后剛性較弱的中心區域緊貼工作臺面，避免工件中心區域翹曲變形和振動影響工件加工尺寸精度和表面質量。

      通過采取上述的工藝措施和工藝手段，如高速銑削時的工序安排、走刀路線、切削參數優化、裝夾方式等，加工出的零件可以滿足設計要求。實踐證明，圖2所示的工藝流程，可以大大地縮短上述薄壁零件的加工周期，降低加工成本。

3 結論 

      對于高精度薄壁、腔體類零件，實現高效、高精度加工的關鍵有兩點:一是采用高速切削加工技術，高速切削加工具有低切削力、低切削溫度、高效率的特點，是實現免時效一次加工成型工藝流程，縮短加工周期的關鍵;二是選用合適的防變形裝夾技術，減少或避免由于裝夾變形產生的尺寸精度誤差和表面質量損失。我們目前所用的高精度、薄壁腔體類零件，品種多、批量小，且零件結構不斷變化，但基本形成了圖2所示的高速切削加工優化工藝流程。同時，根據零件的具體結構，采取不同的工藝措施及手段，如工序安排、走刀路線、切削參數優化、裝夾方式等，基本上可以滿足現有同類零件的設計制造需求。