一种薄壁曲面异型件数控铣削加工方法

摘要

一种薄壁曲面异型件数控铣削加工方法，用于解决薄壁曲面异形件在机械加工过程中的工艺方案及装夹方法。本发明通过合理安排工艺过程、划分切削区域，将上异型曲面区域和下异型曲面区域分块划分、预留工艺夹块、设计了定位工装及各区域粗精铣数控加工程序，并确定了刀具的选择及切削参数，用铣削加工代替了该类产品线切割加工，降低了加工成本，提高加工效率和产品质量。

说明书

技术领域

本发明涉及机械加工领域，具体是一种薄壁曲面异型件数控铣削加工方法。

背景技术

该零件是某固体火箭发动机壳体最重要的零部件之一，在产品最终产品使用时，起着挂 载、连接的作用，工件的加工质量直接影响着产品的最终性能。且该零件支耳部位尺寸为最 终装配接口尺寸，形位公差及尺寸公差要求高。

该零件属于薄壁曲面异型件，工件主要由两部分构成：吊耳部分及薄壁曲面部分，吊耳 部分可以视为简单的二维图形拉伸实体(见附图1)，薄壁曲面部分由上下曲面组成，壁厚为 6mm，下型曲面是外圆直径为的圆弧面，圆弧半径R375。上型曲面为下型曲面的偏置圆 弧面，并通过过渡面与吊耳部分连接，组成该薄壁曲面异型件。

对于该类零件来说，“上下翻转、互为基准”的加工工艺方法，能够最大的提高产品的质 量及加工效率，但是该零件的吊耳部分及薄壁曲面部分都不可能通过常用的装夹工具，例如 压板、虎钳和垫铁，直接在工件上实现装夹，而且不适当的装夹方式容易引起定位精度差、 刚性不足、加工振颤等问题，因此零件的装夹是必须要解决的难题。

该工件结构的特殊性、曲面的复杂性以及较高的精度要求决定了其数控程序的设计难度。 数控程序的设计必须吻合产品的装夹状态和工艺过程。另外、如何选择合理的程序驱动方式、 切削模式、加工参数，是确保高质、高效完成加工的关键。

本发明就是针对上述产品的加工难点，通过对上、下异型曲面区域的划分，预留工艺夹 块，设计定位工装及各区域粗精铣数控加工程序，刀具的选择及切削参数的确定，保证了产 品质量，大幅提高了生产效率。

发明内容

为克服利用现有技术在加工薄壁曲面异型件中存在的装夹困难、加工过程复杂的不足， 本发明提出了一种薄壁曲面异型件数控铣削加工方法。

本发明的具体过程是：

步骤1，加工铣削工艺压槽。分别在坯料的两侧圆周表面铣削加工出水平的工艺压槽。 该工艺压槽宽度方向的中心线与该坯料的中心线空间相互垂直。

步骤2，粗加工工件的上型面。所述工件的上型面包括第一上型面、第二上型面、第三 上型面、第四上型面、对称表面和工艺压块侧壁。所述铣削上型曲面的过程包括上型面的粗 加工和精加工并保留上型面上部的工艺夹块。

铣削时，将机床压板压在坯料两侧的工艺压槽上，将该坯料固定在机床加工平台上。

铣削的具体过程是：

Ⅰ粗加工工艺压块侧壁：在粗加工中选用的刀具是Ф100硬质合金立铣刀。加工的参数 为：机床主轴转速为600r/min，进给量为1200mm/min，切削深度为1mm。沿坯料的轴向分层 切削，并使每层切削深度相等，直至加工至薄壁曲面异形件的对称表面。

Ⅱ粗加工对称表面：所述对称表面的粗加工通过一个切削层完成。具体过程是：将刀具 运动至起始点，启动三轴铣加工中心开始沿坯料的圆周进行切削加工。当刀具走完一圈回到 起始点后，控制刀具向坯料的中心运动一个切削步距，继续对坯料表面进行切削加工；当刀 具又走完一圈再次回到起始点后，控制刀具再次向坯料的中心运动一个切削步距，继续对坯 料表面进行切削加工。重复所述的运动切削步距、切削加工的过程，加工至对称表面的边缘。 完成对称表面的粗加工。所述的一个切削步距为35％的刀具直径。

Ⅲ粗加工上型面。所述粗加工上型面采用分层切削的方式，并使每层切削深度相等；

a)加工所述上型面中的第二上型面、第三上型面和第四上型面。在粗加工所述第二上型 面、第三上型面和第四上型面时需留有0.5mm的精加工余量。直至按工艺要求完成对所述第 二上型面、第三上型面和第四上型面的粗加工。

b)加工所述上型面中的第一上型面。

加工时，将刀具运动至起始点，启动三轴铣加工中心开始沿坯料的圆周进行切削加工， 当刀具走完一圈回到起始点后，控制刀具向坯料的中心运动一个切削步距，继续对坯料表面 进行切削加工；当刀具又走完一圈再次回到起始点后，控制刀具再次向坯料的中心运动一个 切削步距，继续对坯料表面进行切削加工。直至按工艺要求完成对所述第一上型面的粗加工， 得到所述薄壁曲面异形件的半成品。所述的一个切削步距为35％的刀具直径。

所述的分层切削是：

加工第一切削层。刀具以工艺压块上表面的中心点作为坐标系的原点。将刀具运动至坯 料上表面边缘处。启动三轴铣加工中心开始沿坯料的圆周进行切削加工。当刀具走完一圈回 到起始点后，控制刀具向坯料的中心运动一个切削步距，继续对坯料表面进行切削加工；重 复所述的运动切削步距、切削加工的过程，加工至工艺压块的边缘。所述的一个切削步距为 35％的刀具直径。

当加工至工艺压块的边缘时，调整刀具的加工路径，使刀具沿该工艺压块的轮廓进行切 削。完成第一切削层的加工。刀具回到起始点。控制刀具沿坐标系Z轴的负方向运动一个切 削深度。重复所述加工第一切削层的过程，直至加工至薄壁曲面异形件的对称表面。

步骤3，精加工工件的上型面。

在精加工中选用的刀具是Ф20硬质合金球头铣刀。沿坯料的轴向分层切削，并使每层切 削深度相等。每层的切削深度为0.3mm。加工的参数为：机床主轴转速为3000r/min，进给量 为2400mm/min，切削深度为0.3mm。

所述的精加工工件的上型面是对上型面中的第一上型面、第二上型面、第三上型面和第 四上型面的加工。在精加工时，刀具从工件的外缘向内走刀。设刀具的起始点A在工件的9 点方向，并位于第一上型面的边缘上，采用分层切削的方式先加工第一上型面，再同时加工 第二上型面、第三上型面和第四上型面。

所述采用分层切削的方式精加工上型面的具体过程是：

第一上型面的加工：加工时，将刀具运动至起始点A，启动三轴铣加工中心按设定的参 数开始沿薄壁曲面异形件的半成品的圆周进行切削加工。当刀具走完一圈回到起始点A后， 控制刀具向坯料的中心运动一个切削步距，继续对所述薄壁曲面异形件的半成品表面进行切 削加工；直至加工至该切削层所在的Z方向平面分别与第二上型面、第三上型面和第四上型 面所形成的相交线构成的轮廓，控制刀具沿该轮廓运动，完成第一上型面的加工。所述的一 个切削步距为10％的刀具直径。

第二上型面、第三上型面和第四上型面的加工：刀具沿坐标系Z轴的正方向和X轴的正 方向分别运动0.3mm，使刀具处于工件的9点方向的第四上型面的边缘处，对第二上型面、 第三上型面和第四上型面进行精加工。加工时，刀具沿所述第二上型面、第三上型面和第四 上型面的外轮廓顺时针运动。刀具首先沿第四上型面Y轴方向运动1/2第四上型面宽度的距 离，完成所述第四上型面宽度的1/2的加工。调整刀具的运动轨迹为弧线，对处于第四象限 的第二上型面进行切削加工。当刀具运动至该第二上型面与第三上型面的相交处，调整刀具 的运动轨迹为直线，对处于工件12点方向的第三上型面进行切削加工。当刀具运动至该第三 上型面与处于第一象限的第二上型面的相交处，调整刀具的运动轨迹为弧线，对该第二上型 面进行切削加工。当刀具运动至该第二上型面与第四上型面的相交处，调整刀具的运动轨迹 为直线，对处于工件3点方向的第四上型面进行切削加工。当刀具运动至该第四上型面与处 于第二象限的第二上型面的相交处，调整刀具的运动轨迹为弧线，对处于第二象限的第二上 型面进行切削加工。当刀具运动至该第二上型面与处于工件6点方向第三上型面的相交处， 调整刀具的运动轨迹为直线，对所述第三上型面进行切削加工。当刀具运动至该第三上型面 与处于第三象限的第二上型面的相交处，调整刀具的运动轨迹为弧线，对所述第二上型面进 行切削加工。当刀具运动至该第二上型面与处于工件9点方向的第四上型面的相交处，调整 刀具的运动轨迹为直线，对所述第四上型面剩余的1/2直线段进行切削加工。完成了对第二 上型面、第三上型面和第四上型面第一道次的精加工。

刀具沿坐标系Z轴的正方向和X轴的正方向分别运动0.3mm，使刀具处于工件的9点方 向的第四上型面4的边缘处，按照所述第一道次精加工的过程继续对第二上型面、第三上型 面和第四上型面进行精加工。直至加工至对称表面的边缘。

至此，完成了对第一上型面、第二上型面、第三上型面和第四上型面的精加工。

步骤4，铣削下型曲面。所述的铣削下型曲面是将薄壁曲面异形件的工艺压块装夹在机 床附件虎钳中，采用分层加工的方式对所述薄壁曲面异形件下型曲面进行粗加工和精加工。

Ⅰ粗加工下型曲面：在粗加工中选用的刀具是Ф100硬质合金立铣刀，并留有0.5mm的 切削余量。加工的参数为：机床主轴转速为600r/min，进给量为1200mm/min，切削深度为 1mm。

刀具的在每一个切削层上的运动轨迹是：刀具以C点为起点，并沿着E点与B点形成的 矢量运动，直至运动到零件轮廓以外。然后向D的方向运动一个切削步长，沿着E点与B点 形成的矢量反向运动，直至运动到零件轮廓以外，如此循环直至加工到D点。刀具在每一层 上的切削循环方式与此相同，在结束了一个切削层的加工后刀具退至安全区域，再次进刀形 成新的切削层，如此循环直至加工到粗加工要求的尺寸。

所述的B点位于所述下型曲面6点方向的边缘处；所述的E点位于所述下型曲面12点方 向的边缘处；所述的C点位于所述下型曲面9点方向的边缘处；所述的D点位于所述下型曲 面3点方向的边缘处。按照设计，该下型曲面的截面为弧形；所述的C点和D点分别位于弧 形的两个顶端，在薄壁曲面异形件上的轴向高度最高；所述的C点和D点对称的分布在下型 曲面的弧底，在薄壁曲面异形件上的轴向高度最低。

步骤4中粗加工下型曲面的具体过程是：

刀具位于该下型曲面的外轮廓以外任一点。将刀具运动至下型曲面的外轮廓上表面边缘 处。启动三轴铣加工中心开始沿坯料的圆周进行切削加工。当刀具走完一圈回到起始点后， 控制刀具向坯料的中心运动一个切削步距，继续对坯料表面进行切削加工；重复所述的运动 切削步距、切削加工的过程，将该切削层上的余料全部去除。所述的一个切削步距为35％的 刀具直径。

当完成第一切削层的加工后，刀具回到起始点。控制刀具沿坐标系Z轴的负方向运动一 个切削深度。控制刀具沿坐标系Z轴的负方向运动一个切削深度，重复所述去除该切削层上 余料的过程分层切削，直至将薄壁曲面异形件下型曲面的高度切削至C点；通过多道次切削 加工下型曲面。

刀具位于所述C点处。沿X轴方向移动δ，δ＝0.3mm，沿Z轴的负方向移动θ，θ＝0.3mm。 控制刀具沿Y轴正方向以直线轨迹运动至所述下型曲面的外缘轮廓以外；刀具沿Y轴的负方 向以直线轨迹运动至所述下型曲面的外缘轮廓以外；完成第一道次的切削加工。将刀具沿X 轴方向移动一个切削步距，控制刀具沿Y轴正方向以直线轨迹运动至所述下型曲面的外缘轮 廓以外；继续将将刀具沿X轴方向移动一个切削步距，控制刀具沿Y轴负方向以直线轨迹运 动至所述下型曲面的外缘轮廓以外；完成第二道次的切削加工。重复所述第二道次的切削加 工过程，直至切削加工至距离D点δ的位置。完成了第一切削层的加工。

刀具回到所述C点处。沿X轴方向移动2δ，δ＝0.3mm，沿Z轴的负方向移动2θ，θ＝ 0.3mm。按照所述第一切削层的加工方法，直至切削加工至距离D点2δ的位置。完成了第二 切削层的加工。重复所述第二切削层的加工的加工过程，直至完成下型曲面的粗切削加工。

Ⅱ精加工下型曲面。

在精加工中选用的刀具是Ф20硬质合金球头铣刀。沿坯料的轴向分层切削，并使每层切 削深度相等。每层的切削深度为0.1mm。加工的参数为：机床主轴转速为3000r/min，进给量 为2400mm/min，切削深度为0.1mm。

所述精加工下型曲面的具体过程是：

刀具位于所述C点处。沿Z轴的负方向移动θ，θ＝0.1mm。控制刀具沿Y轴正方向以直 线轨迹运动至所述下型曲面的外缘轮廓以外；刀具沿Y轴的负方向以直线轨迹运动至所述下 型曲面的外缘轮廓以外；完成第一切削层中第一道次的切削加工。将刀具沿X轴方向移动一 个切削步距，控制刀具沿Y轴正方向以直线轨迹运动至所述下型曲面的外缘轮廓以外；继续 将刀具沿X轴方向移动一个切削步距，控制刀具沿Y轴负方向以直线轨迹运动至所述下型曲 面的外缘轮廓以外；完成第二道次的切削加工。重复所述第二道次的切削加工过程，直至切 削加工至距离D点。完成了第一切削层的加工。

刀具回到所述C点处。沿X轴方向移动δ，δ＝0.1mm，沿Z轴的负方向移动2θ，θ＝ 0.3mm。按照第一切削层中第一道次的切削加工过程控制刀具沿Y轴负方向以直线轨迹运动至 所述下型曲面的外缘轮廓以外；完成第二切削层中第一道次的切削加工。重复所述第一道次 的切削加工过程，直至切削加工至距离D点δ的位置。完成了第二切削层的加工。

重复所述切削过程，直至完成下型曲面的精切削加工。在对所述下型曲面的每层切削中， 刀具在X轴方向的移动量δ均比上一层多加0.1mm；沿Z轴的负方向的移动量θ均比上一层多 加0.3mm；每层切削加工至D点的距离δ均比上一层多加0.1mm。

重复所述切削加工的过程，直至完成下型曲面的精切削加工。

步骤5，加工工件吊耳。

所述工件吊耳的外表面的上半部为方体，下半部为锥体。

安装辅助夹具。所述辅助夹具包括定位芯模、定位环、压板和垫铁。定位芯模作为所诉 薄壁曲面异型件的装夹定位面，该型面形状与工件的下型面尺寸均为R375±0.3。定位环内 孔的尺寸为

将定位环套装在所述定位芯模的圆周表面；将完成下型曲面精切削加工的工件置于所述 定位芯模的上表面，并使该工件的下型曲面与定位芯模的上表面贴合。将两个压板对称的放 置在所述工件上表面的边缘处，将两个垫铁分别放置在各压板的下表面与定位芯模的底盘上 表面之间，用于支撑压板使其受力均匀。通过螺钉将两个压板分别固紧在工件上表面，从而 将工件与定位芯模连接在一起。

在加工吊耳时，选用的刀具是Ф60机夹立铣刀，沿工件的轴向分层切削，并使每层切削 深度相等。每层的切削深度为0.3mm。加工的参数为：机床主轴转速为3000r/min，进给量为 2400mm/min，切削深度为0.3mm。

根据工件吊耳的外形，采用分层切削的方式，分别加工该工件吊耳上半部的方体和下半 部为锥体。

所述加工工件吊耳的具体过程是：

Ⅰ切削加工工件吊耳上半部方体。

使刀具处于所述工件吊耳上半部方体坯料X轴负方向的外轮廓边缘以外。刀具沿Z轴负 方向移动0.3mm；刀具沿X轴正方向运动至所述方体坯料外轮廓边缘处。刀具沿方体坯料外 轮廓的四个边作直线运动，对该方体坯料进行切削，切削完成后返回该切削层加工起始点， 完成对该方体第一切削层的加工。根据设计，刀具在X轴方向的切削量为l。

重复所述切削过程，直至完成所述吊耳上半部方体的加工。

Ⅱ切削加工工件吊耳下半部锥体。

刀具回到起始点。刀具沿Z轴负方向移动0.3mm，沿X轴正方向运动至所述锥体坯料外 轮廓边缘处。刀具沿方体坯料外轮廓的四个边作直线运动，对该锥体坯料进行切削，完成该 锥体第一切削层的加工。根据设计，刀具在X轴方向的切削量为

刀具回到起始点。刀具沿Z轴负方向移动0.3mm，沿X轴正方向运动至所述锥体坯料外 轮廓边缘处。刀具沿方体坯料外轮廓的四个边作直线运动，对该锥体坯料进行切削，完成该 锥体第二切削层的加工。根据设计，刀具在X轴方向的切削量为

刀具回到起始点。刀具沿Z轴负方向移动0.3mm，沿X轴正方向运动至所述锥体坯料外 轮廓边缘处。刀具沿方体坯料外轮廓对该锥体坯料进行切削，完成该锥体第三切削层的加工。 根据设计，刀具在X轴方向的切削量为

重复所述切削过程，直至完成锥体的加工。在对锥体的每层切削中，刀具在X轴方向的 切削量均比上一层多减去0.3mm。

每一个切削层上刀具的切削方式是沿着所述工件吊耳13的外形轮廓形成刀具运动轨迹， 刀具在每一个层切削上结束运动后退回到起始安全位置，然后快速运动到下一个切削层，并 根据产品外形轮廓形成刀具运动轨迹，如此循环直至完成所有切削层的加工

至此完成对整个薄壁曲面异形件工件的加工。

本发明需要解决的问题是薄壁曲面异形件在机械加工过程中的工艺方案及装夹方法。

目前该类产品的加工通用方法是先加工零件的上型面至最终尺寸，然后在吊耳部分进行 装夹，采用线切割的方法完成下型面的加工。本发明要解决的问题是产品的上下型面全部实 现机械

加工，以取代下型面的线切割加工，降低了加工成本，提高加工效率。

本发明通过通过合理安排工艺过程、划分切削区域，将上异型曲面区域和下异型曲面区 域分块划分，预留工艺夹块，设计定位工装及各区域粗精铣数控加工程序，刀具的选择及切 削参数的确定，保证了产品质量，大幅提高了生产效率。

附图说明

图1是薄壁曲面异形件的结构示意图；其中图1a是主视图，图1b是侧视图，图1c是俯 视图。

图2是步骤1加工示意图；其中图2a是主视图，图2b是侧视图。

图3是步骤2加工示意图。

图4是步骤3加工示意图。

图5是曲面定位工装示意图；其中图5a是主视图，图5b是侧视图，图5c是俯视图。

图6是本发明的流程图。

图中：

1.第一上型面；2.第二上型面；3.第三上型面；4.第四上型面；5.对称表面；6.工艺压 块侧壁；7.工艺压块；8.中心线，9.垫铁；10.工艺压槽；11.下型曲面；12.外圆弧面；13. 工件吊耳；14.中心轴线；15.定位芯模；16.定位环；17.压板。

具体实施方式

本实施例是采用三轴铣加工中心铣削加工薄壁曲面异形件上下型面的方法。

薄壁曲面异形件材质为超高强度钢的30Si2MnCrMoVe。下料尺寸为Ф330×138，经过车 加工端面及外圆、探伤后，得到圆形块状的薄壁曲面异形件坯料。对该坯料按以下步骤数控 铣削加工该薄壁曲面异形件的上型面、下型面及工件吊耳。

步骤1，加工铣削工艺压槽。分别在坯料的两侧圆周表面铣削加工出水平的工艺压槽10， 用于后续加工型面时工件的装夹定位。该工艺压槽10宽度方向的中心线与该坯料的中心线空 间相互垂直。图2所示。

步骤2，粗加工工件的上型面。所述工件的上型面包括第一上型面1、第二上型面2、第 三上型面3、第四上型面4、对称表面5和工艺压块侧壁6。所述铣削上型曲面的过程包括上 型面的粗加工、精加工的加工并保留上型面上部的工艺夹块1，如图3所示。

铣削时，将机床压板压在坯料两侧的工艺压槽10上，将该坯料固定在机床加工平台上。

铣削的具体过程是：

Ⅰ粗加工工艺压块侧壁6：在粗加工中选用的刀具是Ф100硬质合金立铣刀。沿坯料的 轴向分层切削，并使每层切削深度相等。每层的切削深度为1mm。

加工第一切削层。切削中，刀具以工艺压块7上表面的中心点作为加工的基准点，同时 亦为坐标系的原点。将刀具运动至坯料上表面边缘处。启动三轴铣加工中心开始沿坯料的圆 周进行切削加工。加工的参数为：机床主轴转速为600r/min，进给量为1200mm/min，切削深 度为1mm。当刀具走完一圈回到起始点后，控制刀具向坯料的中心运动一个切削步距，继续 对坯料表面进行切削加工；当刀具又走完一圈再次回到起始点后，控制刀具再次向坯料的中 心运动一个切削步距，继续对坯料表面进行切削加工。重复所述的运动切削步距、切削加工 的过程，加工至工艺压块7的边缘。所述的一个切削步距为35％的刀具直径。

当加工至工艺压块7的边缘时，调整刀具的加工路径，使刀具沿该工艺压块的轮廓进行 切削。完成第一切削层的加工。

当完成第一切削层的加工后，刀具回到起始点。控制刀具沿坐标系Z轴的负方向运动一 个切削深度，即运动1mm。重复所述加工第一切削层的过程，完成第二切削层的加工。

当完成第二切削层的加工后，刀具回到起始点。控制刀具沿坐标系Z轴的负方向运动一 个切削深度，即运动1mm，完成第二切削层的加工。

重复所述加工第一切削层的过程，直至加工至薄壁曲面异形件的对称表面5。

Ⅱ粗加工对称表面5：

所述对称表面5的粗加工通过一个切削层完成。

加工时，将刀具运动至起始点，启动三轴铣加工中心开始沿坯料的圆周进行切削加工。 加工的参数为：机床主轴转速为600r/min，进给量为1200mm/min，切削深度为1mm。当刀具 走完一圈回到起始点后，控制刀具向坯料的中心运动一个切削步距，继续对坯料表面进行切 削加工；当刀具又走完一圈再次回到起始点后，控制刀具再次向坯料的中心运动一个切削步 距，继续对坯料表面进行切削加工。所述的一个切削步距为35％的刀具直径。重复所述的运 动切削步距、切削加工的过程，加工至对称表面5的边缘。完成对称表面5的粗加工。

Ⅲ粗加工上型面。

a)加工所述上型面中的第二上型面2、第三上型面3和第四上型面4。在粗加工所述第 二上型面2、第三上型面3和第四上型面4时需留有0.5mm的精加工余量。加工的参数为： 机床主轴转速为600r/min，进给量为1200mm/min，切削深度为1mm。

加工时，将刀具运动至起始点，启动三轴铣加工中心开始沿坯料的圆周进行切削加工。

当刀具走完一圈回到起始点后，控制刀具向坯料的中心运动一个切削步距，继续对坯料 表面进行切削加工；当刀具又走完一圈再次回到起始点后，控制刀具再次向坯料的中心运动 一个切削步距，继续对坯料表面进行切削加工。所述的一个切削步距为35％的刀具直径。

重复所述的运动切削步距、切削加工的过程，直至加工至该切削层所在的Z方向平面分 别与第二上型面2、第三上型面3和第四上型面4所形成的相交线构成的轮廓，控制刀具沿 该轮廓运动，完成第一切削层的加工。

当完成第一切削层的加工后，刀具回到起始点。控制刀具沿坐标系Z轴的负方向运动一 个切削深度，即运动1mm。重复第一切削层的加工过程，完成第二切削层的加工。

重复所述第一切削层和第二切削层的加工过程，直至按工艺要求完成对所述第二上型面 2、第三上型面3和第四上型面4的粗加工。

b)加工所述上型面中的第一上型面1。

加工时，将刀具运动至起始点，启动三轴铣加工中心开始沿坯料的圆周进行切削加工。 加工的参数为：机床主轴转速为600r/min，进给量为1200mm/min，切削深度为1mm。

当刀具走完一圈回到起始点后，控制刀具向坯料的中心运动一个切削步距，继续对坯料 表面进行切削加工；当刀具又走完一圈再次回到起始点后，控制刀具再次向坯料的中心运动 一个切削步距，继续对坯料表面进行切削加工。所述的一个切削步距为35％的刀具直径。重 复所述的运动切削步距、切削加工的过程，直至加工至该切削层所在的Z方向平面与第二上 型面2、第三上型面3和第四上型面4的外轮廓相交处，完成第一切削层的加工。

当完成第一切削层的加工后，刀具回到起始点。控制刀具沿坐标系Z轴的负方向运动一 个切削深度，即运动1mm。重复第一切削层的加工过程，完成第二切削层的加工。

重复所述第一切削层和第二切削层的加工过程，直至按工艺要求完成对所述第一上型面 1的粗加工，得到所述薄壁曲面异形件的半成品。

当完成所述薄壁曲面异形件的粗加工后对该薄壁曲面异形件的半成品进行精加工。

步骤3，精加工工件的上型面。

在精加工中选用的刀具是Ф20硬质合金球头铣刀。沿坯料的轴向分层切削，并使每层切 削深度相等。每层的切削深度为0.3mm。加工的参数为：机床主轴转速为3000r/min，进给量 为2400mm/min，切削深度为0.3mm。

所述的精加工是对上型面中的第一上型面1、第二上型面2、第三上型面3和第四上型面 4的加工。在精加工时，刀具从工件的外缘向内走刀。设刀具的起始点A在工件的9点方向， 并位于第一上型面1的边缘上。

具体过程是：

加工时，将刀具运动至起始点A，启动三轴铣加工中心按设定的参数开始沿薄壁曲面异 形件的半成品的圆周进行切削加工。

当刀具走完一圈回到起始点A后，控制刀具向坯料的中心运动一个切削步距，继续对所 述薄壁曲面异形件的半成品表面进行切削加工；当刀具又走完一圈再次回到起始点后，控制 刀具再次向坯料的中心运动一个切削步距，继续对坯料表面进行切削加工。所述的一个切削 步距为10％的刀具直径。

重复所述的运动切削步距、切削加工的过程，直至加工至该切削层所在的Z方向平面分 别与第二上型面2、第三上型面3和第四上型面4所形成的相交线构成的轮廓，控制刀具沿 该轮廓运动，完成第一上型面1的加工。

当完成第一上型面1的加工后，刀具沿坐标系Z轴的正方向和X轴的正方向分别运动 0.3mm，使刀具处于工件的9点方向的第四上型面4的边缘处，对第二上型面2、第三上型面 3和第四上型面4进行精加工。加工时，刀具沿所述第二上型面2、第三上型面3和第四上型 面4的外轮廓顺时针运动。刀具首先沿第四上型面Y轴方向运动1/2第四上型面宽度的距离， 完成所述第四上型面宽度的1/2的加工。调整刀具的运动轨迹为弧线，对处于第四象限的第 二上型面进行切削加工。当刀具运动至该第二上型面与第三上型面的相交处，调整刀具的运 动轨迹为直线，对处于工件12点方向的第三上型面进行切削加工。当刀具运动至该第三上型 面与处于第一象限的第二上型面的相交处，调整刀具的运动轨迹为弧线，对该第二上型面进 行切削加工。当刀具运动至该第二上型面与第四上型面的相交处，调整刀具的运动轨迹为直 线，对处于工件3点方向的第四上型面进行切削加工。当刀具运动至该第四上型面与处于第 二象限的第二上型面的相交处，调整刀具的运动轨迹为弧线，对处于第二象限的第二上型面 进行切削加工。当刀具运动至该第二上型面与处于工件6点方向第三上型面的相交处，调整 刀具的运动轨迹为直线，对所述第三上型面进行切削加工。当刀具运动至该第三上型面与处 于第三象限的第二上型面的相交处，调整刀具的运动轨迹为弧线，对所述第二上型面进行切 削加工。当刀具运动至该第二上型面与处于工件9点方向的第四上型面的相交处，调整刀具 的运动轨迹为直线，对所述第四上型面剩余的1/2直线段进行切削加工。完成了对第二上型 面2、第三上型面3和第四上型面4第一道次的精加工。

刀具沿坐标系Z轴的正方向和X轴的正方向分别运动0.3mm，使刀具处于工件的9点方 向的第四上型面4的边缘处，继续对第二上型面2、第三上型面3和第四上型面4进行第二 道次的精加工。所述第二道次的精加工过程与所述4第一道次的精加工过程相同。

重复所述对第二上型面2、第三上型面3和第四上型面4的精加工过程，直至加工至对 称表面5的边缘。

至此，完成了对第一上型面1、第二上型面2、第三上型面3和第四上型面4的精加工。

步骤4，铣削下型曲面。所述的铣削下型曲面包括对薄壁曲面异形件下型曲面11，采用 分层加工的方式进行粗加工和精加工；加工过程分为2步。

加工前，将薄壁曲面异形件的工艺压块7装夹在机床附件虎钳中。在粗加工中选用的刀 具是Ф100硬质合金立铣刀，并留有0.5mm的切削余量。

刀具的在每一个切削层上的运动轨迹是：刀具以C点为起点，并沿着E点与B点形成的 矢量运动，直至运动到零件轮廓以外。然后向D的方向运动一个切削步长，沿着E点与B点 形成的矢量反向运动，直至运动到零件轮廓以外，如此循环直至加工到D点。刀具在每一层 上的切削循环方式与此相同，在结束了一个切削层的加工后刀具退至安全区域，再次进刀形 成新的切削层，如此循环直至加工到粗加工要求的尺寸。

所述的B点位于所述下型曲面6点方向的边缘处；所述的E点位于所述下型曲面12点方 向的边缘处；所述的C点位于所述下型曲面9点方向的边缘处；所述的D点位于所述下型曲 面3点方向的边缘处。按照设计，该下型曲面的截面为弧形；所述的C点和D点分别位于弧 形的两个顶端，在薄壁曲面异形件上的轴向高度最高；所述的C点和D点对称的分布在下型 曲面的弧底，在薄壁曲面异形件上的轴向高度最低。

具体过程是：

Ⅰ粗加工下型曲面。

粗加工下型曲面采用的刀具与粗加工上型面的刀具相同。

刀具位于该下型曲面的外轮廓以外任一点。加工第一切削层。切削中，将刀具运动至下 型曲面的外轮廓上表面边缘处。启动三轴铣加工中心开始沿坯料的圆周进行切削加工。加工 的参数为：机床主轴转速为600r/min，进给量为1200mm/min，切削深度为1mm。当刀具走完 一圈回到起始点后，控制刀具向坯料的中心运动一个切削步距，继续对坯料表面进行切削加 工；当刀具又走完一圈再次回到起始点后，控制刀具再次向坯料的中心运动一个切削步距， 继续对坯料表面进行切削加工。重复所述的运动切削步距、切削加工的过程，直至切削加工 完第一切削层，将该切削层上的材料全部去除。所述的一个切削步距为35％的刀具直径。

当完成第一切削层的加工后，刀具回到起始点。控制刀具沿坐标系Z轴的负方向运动一 个切削深度，即运动1mm。重复所述加工第一切削层的过程，完成第二切削层的加工。

当完成第二切削层的加工后，刀具回到起始点。控制刀具沿坐标系Z轴的负方向运动一 个切削深度，即运动1mm，完成第二切削层的加工。

重复所述加工第一切削层的过程，直至将薄壁曲面异形件下型曲面11的高度切削至C点， 通过多道次切削加工下型曲面11。

刀具位于所述C点处。沿X轴方向移动δ，δ＝0.3mm，沿Z轴的负方向移动θ，θ＝0.3mm。 控制刀具沿Y轴正方向以直线轨迹运动至所述下型曲面的外缘轮廓以外；刀具沿Y轴的负方 向以直线轨迹运动至所述下型曲面的外缘轮廓以外；完成第一道次的切削加工。将刀具沿X 轴方向移动一个切削步距，控制刀具沿Y轴正方向以直线轨迹运动至所述下型曲面的外缘轮 廓以外；继续将将刀具沿X轴方向移动一个切削步距，控制刀具沿Y轴负方向以直线轨迹运 动至所述下型曲面的外缘轮廓以外；完成第二道次的切削加工。重复所述第二道次的切削加 工过程，直至切削加工至距离D点δ的位置。完成了第一切削层的加工。

刀具回到所述C点处。沿X轴方向移动2δ，δ＝0.3mm，沿Z轴的负方向移动2θ，θ＝ 0.3mm。控制刀具沿Y轴正方向以直线轨迹运动至所述下型曲面的外缘轮廓以外；刀具沿Y轴 的负方向以直线轨迹运动至所述下型曲面的外缘轮廓以外；完成第二切削层中第一道次的切 削加工。将刀具沿X轴方向移动一个切削步距，控制刀具沿Y轴正方向以直线轨迹运动至所 述下型曲面的外缘轮廓以外；继续将将刀具沿X轴方向移动一个切削步距，控制刀具沿Y轴 负方向以直线轨迹运动至所述下型曲面的外缘轮廓以外；完成第二道次的切削加工。重复所 述第二道次的切削加工过程，直至切削加工至距离D点2δ的位置。完成了第二切削层的加 工。

刀具回到所述C点处。沿X轴方向移动3δ，δ＝0.3mm，沿Z轴的负方向移动3θ，θ＝ 0.3mm。重复所述第二切削层的加工的加工过程，直至切削加工至距离D点3δ的位置。完成 了第三切削层的加工。

重复所述切削加工的过程，直至完成下型曲面的粗切削加工。

Ⅱ精加工下型曲面。

在精加工中选用的刀具是Ф20硬质合金球头铣刀。沿坯料的轴向分层切削，并使每层切 削深度相等。每层的切削深度为0.1mm。加工的参数为：机床主轴转速为3000r/min，进给量 为2400mm/min，切削深度为0.1mm。

刀具位于所述C点处。沿Z轴的负方向移动θ，θ＝0.1mm。控制刀具沿Y轴正方向以直 线轨迹运动至所述下型曲面的外缘轮廓以外；刀具沿Y轴的负方向以直线轨迹运动至所述下 型曲面的外缘轮廓以外；完成第一道次的切削加工。将刀具沿X轴方向移动一个切削步距， 控制刀具沿Y轴正方向以直线轨迹运动至所述下型曲面的外缘轮廓以外；继续将刀具沿X轴 方向移动一个切削步距，控制刀具沿Y轴负方向以直线轨迹运动至所述下型曲面的外缘轮廓 以外；完成第二道次的切削加工。重复所述第二道次的切削加工过程，直至切削加工至距离 D点。完成了第一切削层的加工。

刀具回到所述C点处。沿X轴方向移动δ，δ＝0.1mmmm，沿Z轴的负方向移动2θ，θ＝ 0.3mm。控制刀具沿Y轴正方向以直线轨迹运动至所述下型曲面的外缘轮廓以外；刀具沿Y轴 的负方向以直线轨迹运动至所述下型曲面的外缘轮廓以外；完成第二切削层中第一道次的切 削加工。将刀具沿X轴方向移动一个切削步距，控制刀具沿Y轴正方向以直线轨迹运动至所 述下型曲面的外缘轮廓以外；继续将将刀具沿X轴方向移动一个切削步距，控制刀具沿Y轴 负方向以直线轨迹运动至所述下型曲面的外缘轮廓以外；完成第二道次的切削加工。重复所 述第二道次的切削加工过程，直至切削加工至距离D点δ的位置。完成了第二切削层的加工。

刀具回到所述C点处。沿X轴方向移动2δ，δ＝0.1mmm，沿Z轴的负方向移动3θ，θ＝ 0.1mm。重复所述第二切削层的加工过程，直至切削加工至距离D点2δ的位置。完成了第三 切削层的加工。

重复所述切削加工的过程，直至完成下型曲面的精切削加工。

步骤5加工工件吊耳。

所述工件吊耳的外表面的上半部为方体，下半部为锥体。

按照辅助夹具。如附图5所示，所述辅助夹具包括定位芯模15、定位环16、压板17和 垫铁9。定位芯模15作为所诉薄壁曲面异型件的装夹定位面，该型面形状与工件的下型面尺 寸相同为R375±0.3。定位环16内孔的尺寸为

将定位环16套装在所述定位芯模的圆周表面；将完成下型曲面精切削加工的工件置于所 述定位芯模15的上表面，并使该工件的下型曲面与定位芯模的上表面贴合。将两个压板17 对称的放置在所述工件上表面的边缘处，将两个垫铁9分别放置在各压板的下表面与定位芯 模的底盘上表面之间，用于支撑压板使其受力均匀。通过螺钉将两个压板分别固紧在工件上 表面，从而将工件与定位芯模连接在一起。

在加工吊耳时，选用的刀具是Ф60机夹立铣刀，沿工件的轴向分层切削，并使每层切削 深度相等。每层的切削深度为0.3mm。加工的参数为：机床主轴转速为3000r/min，进给量为 2400mm/min，切削深度为0.3mm。

具体过程是：

Ⅰ切削加工工件吊耳上半部方体。

使刀具处于所述工件吊耳上半部方体坯料X轴负方向的外轮廓边缘以外。刀具沿Z轴负 方向移动0.3mm；刀具沿X轴正方向运动至所述方体坯料外轮廓边缘处。刀具沿方体坯料外 轮廓的四个边作直线运动，对该方体坯料进行切削，切削完成后返回该切削层加工起始点， 完成对该方体第一切削层的加工。根据设计，刀具在X轴方向的切削量为l。

刀具回到起始点。刀具沿Z轴负方向移动0.3mm，沿X轴正方向运动至所述方体坯料外 轮廓边缘处；刀具沿方体坯料外轮廓的四个边作直线运动，对该方体坯料进行切削，完成该 方体第二切削层的加工。重复所述切削过程，直至完成所述吊耳上半部方体的加工。

Ⅱ切削加工工件吊耳下半部锥体。

刀具回到起始点。刀具沿Z轴负方向移动0.3mm，沿X轴正方向运动至所述锥体坯料外 轮廓边缘处。刀具沿方体坯料外轮廓的四个边作直线运动，对该锥体坯料进行切削，完成该 锥体第一切削层的加工。根据设计，刀具在X轴方向的切削量为

刀具回到起始点。刀具沿Z轴负方向移动0.3mm，沿X轴正方向运动至所述锥体坯料外 轮廓边缘处。刀具沿方体坯料外轮廓的四个边作直线运动，对该锥体坯料进行切削，完成该 锥体第二切削层的加工。根据设计，刀具在X轴方向的切削量为

刀具回到起始点。刀具沿Z轴负方向移动0.3mm，沿X轴正方向运动至所述锥体坯料外 轮廓边缘处。刀具沿方体坯料外轮廓对该锥体坯料进行切削，完成该锥体第三切削层的加工。 根据设计，刀具在X轴方向的切削量为

重复所述切削过程，直至完成锥体的加工。在对锥体的每层切削中，刀具在X轴方向的 切削量均比上一层多减去0.3mm。

每一个切削层上刀具的切削方式是沿着所述工件吊耳13的外形轮廓形成刀具运动轨迹， 刀具在每一个层切削上结束运动后退回到起始安全位置，然后快速运动到下一个切削层，并 根据产品外形轮廓形成刀具运动轨迹，如此循环直至完成所有切削层的加工。

至此完成对整个薄壁曲面异形件工件的加工。