薄壁零件數(shù)控車工加工工藝

譚彬彬

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中薄壁零件的應(yīng)用范圍正在不斷的擴(kuò)大，薄壁零件具有輕重量、密結(jié)構(gòu)、節(jié)約材料等優(yōu)點(diǎn)，但也不可忽略薄壁零件剛性不夠、強(qiáng)度比較弱的特點(diǎn)，使它在加工生產(chǎn)中容易出現(xiàn)切削振動(dòng)、加工變形等問(wèn)題，使其加工質(zhì)量難以保證。本文將對(duì)影響薄壁零件精度因素進(jìn)行分析，對(duì)薄壁零件的加工工藝進(jìn)行簡(jiǎn)要的探討，旨在提高薄壁零件的加工技術(shù)，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：薄壁零件；數(shù)控；加工工藝

薄壁零件的高效精密的數(shù)控加工技術(shù)是當(dāng)代高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，是制造業(yè)在核心技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力方面的代表，也是體現(xiàn)國(guó)家的制造技術(shù)水平先進(jìn)與否的一個(gè)標(biāo)志。薄壁零件在現(xiàn)代工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域都有應(yīng)用，如汽車制造業(yè)、軍事工業(yè)等。不可否認(rèn)在薄壁零件加工中是存在一定問(wèn)題，常常會(huì)出現(xiàn)不合格的零件，造成浪費(fèi)。所以我們有必要通過(guò)對(duì)薄壁零件加工工藝問(wèn)題的分析研究，優(yōu)化薄壁零件制造加工措施，進(jìn)而解決薄壁零件加工中所存在的問(wèn)題，保證薄壁零件的精度和質(zhì)量，提高所制造加工零件的合格率。

1 薄壁零件概述

薄壁零件顧名思義，其顯著特點(diǎn)就是壁薄，同時(shí)它還存在著強(qiáng)度差與抗變形能力低的特點(diǎn)。加工過(guò)程中的表面硬化、顫振、熱力、切削等因素都關(guān)系到薄壁零件的變形與否。數(shù)控加工的過(guò)程可分為三部分，即設(shè)計(jì)與編程、加工與監(jiān)控和成品檢驗(yàn)三階段。對(duì)薄壁零件加工來(lái)說(shuō)，突出問(wèn)題就是零件變形不易控制。這也說(shuō)明薄壁零件的加工對(duì)加工技術(shù)、裝夾方式、切割刀具及切割工藝都有著極高的要求。

2 影響薄壁零件數(shù)控加工精度的因素分析

薄壁零件具有輕量化的動(dòng)態(tài)性能，不過(guò)保障薄壁零件的加工精度卻是工業(yè)生產(chǎn)的一個(gè)瓶頸，薄壁零件在數(shù)控加工過(guò)程中容易變形、損壞。想要提高薄壁零件加工的精度就需要對(duì)影響其精度的因素進(jìn)行研究。對(duì)薄壁零件數(shù)控加工過(guò)程中易出現(xiàn)變形，影響零件精度的因素進(jìn)行分析后，得出存在以下幾種主要影響因素。

2.1 熱因素導(dǎo)致薄壁零件變形。通常情況下，比較薄的零件加工過(guò)程中受到切削熱的作用時(shí)，都會(huì)不同程度產(chǎn)生熱變形現(xiàn)象，導(dǎo)致零件的加工精度下降以及質(zhì)量不合格等。分析其原因得出：當(dāng)薄壁零件數(shù)控加工完成裝夾工序后，再陸續(xù)進(jìn)行精車與半精車以及粗車加工程序，產(chǎn)生一定程度的切削熱量是必然的，然而薄壁零件在受熱作用的情況下發(fā)生變形也是必然的，結(jié)果就是零件的精度無(wú)法得以保證。

2.2 受力因素導(dǎo)致薄壁零件變形。薄壁零件的加工材料是一類較輕薄的材質(zhì)，這類材料在某種外力的作用下，會(huì)出現(xiàn)一定程度的變形，這樣就會(huì)使薄壁零件的形狀、長(zhǎng)度等精度受到不同程度的影響。比如在利用三爪卡盤夾緊零件的過(guò)程中，薄壁零件就會(huì)在外力的影響下變?yōu)槿切蔚?，這樣零件內(nèi)孔的加工余量就會(huì)分布不均。當(dāng)內(nèi)孔真正的加工完成后，松開(kāi)卡盤，零件受彈性影響恢復(fù)成原來(lái)的形狀，這一過(guò)程就會(huì)出現(xiàn)誤差。

2.3 振動(dòng)因素導(dǎo)致薄壁零件變形。一般情況下，薄壁零件在受到切削力的作用時(shí)特別是徑向切削力，會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和變形現(xiàn)象，對(duì)零件的外形、長(zhǎng)度、表面的粗糙度以及位置精度等都會(huì)產(chǎn)生影響。

2.4 刀具的角度因素導(dǎo)致薄壁零件變形。主偏角決定徑向切削力和零件加工軸向的分配，對(duì)于剛性較差的薄壁零件來(lái)說(shuō)，刀具的主偏角要接近90度。刀具的角度直接影響零件表面的粗糙度。

2.5 操作不當(dāng)導(dǎo)致薄壁零件變形。不規(guī)范的操作工序以及不正確的切屑流向也是導(dǎo)致薄壁零件變形的主要因素。精車之前沒(méi)有進(jìn)行釋放變形、精車時(shí)過(guò)大的切削量都會(huì)引起薄壁零件的變形。當(dāng)切屑流向不正確時(shí)，導(dǎo)致加工過(guò)程中的切屑堵塞在切削工具與零件之間，進(jìn)而引發(fā)薄壁零件的變形。

3 優(yōu)化薄壁零件數(shù)控加工工藝的措施

3.1 對(duì)所加工零件的特性進(jìn)行分析。在使用數(shù)控車床加工薄壁零件時(shí)，需要考慮裝夾的定位和零件加工精度兩個(gè)問(wèn)題。

首先是裝夾定位分析，在利用數(shù)控車床對(duì)零件加工時(shí)要考慮零件裝夾的可靠度，還要考慮到薄壁零件加工精度問(wèn)題。零件過(guò)于輕薄的就不能使用三爪卡盤。在精密的薄壁零件數(shù)控加工程序中要慎重地對(duì)零件的定位以及夾緊裝置進(jìn)行分析，對(duì)可能會(huì)引起零件變形的外力作用的大小及方向進(jìn)行仔細(xì)分析，設(shè)置切合加工實(shí)際需求的專用夾具。如果工件的剛性不夠，而零件的受力又很大，容易發(fā)生振動(dòng)的時(shí)候，可以考慮臨時(shí)增加零件壁厚的辦法來(lái)提高薄壁零件的剛度，比如在空心處澆灌石膏、明礬或松香等材料，在零件加工完成后再對(duì)其進(jìn)行去除。

其次分析薄壁零件的加工精度。目前常用的FANUC 0i數(shù)控系統(tǒng)的螺紋編程指令有G92螺紋車削循環(huán)，G76復(fù)合形螺紋削循環(huán)等。G76的車削過(guò)程是斜入式，就是說(shuō)通過(guò)用單側(cè)刀刃車削零件，以此來(lái)防止過(guò)分磨損刀刃，不過(guò)這樣生產(chǎn)出來(lái)的螺紋會(huì)出現(xiàn)表面不平的現(xiàn)象，刀尖角度的不夠標(biāo)準(zhǔn)，最終使得牙型精度降低。而用指令G92進(jìn)行加工，雖然能使牙型的精度得以提高，但它采用的是直進(jìn)式方式進(jìn)行車削，會(huì)產(chǎn)生比較大的車削力，使得切屑的排放受到阻礙，還會(huì)加大刀刃的磨損。

3.2 選擇合適的刀具。在薄壁零件的數(shù)控加工過(guò)程中，需要對(duì)刀具進(jìn)行仔細(xì)的選取。比如，對(duì)車刀的選擇，一般情況下，硬質(zhì)合金90度的車刀適用于外圓的粗車與精車工藝，機(jī)夾刀則是螺紋的車刀之首選，這是由此刀具刀尖角度比較精確，并且損壞后也很容易更換的優(yōu)點(diǎn)決定的；其次是對(duì)鏜刀的選擇，內(nèi)孔的鏜刀更多的選擇機(jī)夾刀，因?yàn)檫@種刀剛性好不需要刃磨，可以減少換刀的時(shí)間還能夠減免零件的振動(dòng)變形，使得振紋的出現(xiàn)機(jī)率降低。

3.3 優(yōu)化零件加工的切削參數(shù)。切削的深度對(duì)薄壁零件加工過(guò)程中所產(chǎn)生的切削力的大小有著直接的影響。減小切削的深度，雖然會(huì)增加數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程中的走刀次數(shù)，但是可以減免由于切削力增大而導(dǎo)致零件變形的出現(xiàn)。除此之外，加工過(guò)程中切削的速度同樣也會(huì)對(duì)切削力有影響，使用高速切削對(duì)薄壁零件進(jìn)行加工，可以起到削弱切削力的作用，也可以降低加工時(shí)的溫度，防止熱力變形的出現(xiàn)。

3.4 選擇科學(xué)合理的工藝工序。制定科學(xué)合理的加工工序路線是保證薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量的關(guān)鍵所在。制造企業(yè)要將分析重點(diǎn)放在薄壁零件變形規(guī)律上面，了解掌握薄壁零件變形的規(guī)律，重視防止零件加工過(guò)程中存在的變形問(wèn)題，以零件的生產(chǎn)技術(shù)要求及加工過(guò)程中的受力分析情況為根據(jù)來(lái)選擇合理的定位，緊密貼合定位元件與零件定位面之間的接觸，防止薄壁零件生產(chǎn)過(guò)程中振動(dòng)變形的發(fā)生。選擇科學(xué)合理的工序路線就是合理的選擇夾具與零件的夾緊方式和定位基準(zhǔn)，并且保證在加工過(guò)程中的基準(zhǔn)始終協(xié)調(diào)一致，對(duì)加工余量要進(jìn)行合理地分配；對(duì)相同零件的不同部分進(jìn)行精加工的工序，要根據(jù)具體情況選擇最優(yōu)化的加工順序。

4 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求制造企業(yè)提高對(duì)薄壁零件的高精加工的要求。結(jié)合自身的生產(chǎn)實(shí)際條件，對(duì)現(xiàn)在的薄壁零件數(shù)控加工工藝進(jìn)行研究分析，綜合當(dāng)前的數(shù)控加工的方式，不斷的完善對(duì)生產(chǎn)工藝的分析，改進(jìn)設(shè)計(jì)，優(yōu)化方案，不斷的積累薄壁零件的生產(chǎn)加工經(jīng)驗(yàn)，提高零件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，帶動(dòng)薄壁零件數(shù)控加工工藝整體水平的發(fā)展，進(jìn)一步提高零件加工的精確度，生產(chǎn)出對(duì)環(huán)境污染小、表面質(zhì)量好、符合現(xiàn)代加工工藝要求的薄壁零件，最終使產(chǎn)品立于不敗之地，使制造企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力得以提高。

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