薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量改進(jìn)方法探討

羅土興

摘 要：本文分析了在進(jìn)行數(shù)控加工之前的預(yù)防性仿真，能過有效的防止工件變形，將工件模擬成為彈性體，對(duì)在加工中的相關(guān)的工藝進(jìn)行模擬，通過工藝模型的建立，從而能夠結(jié)合有限元的分析，分析造成變形的誤差。按照工藝的成本分析，對(duì)工藝進(jìn)行局部的調(diào)整，對(duì)刀具的路徑進(jìn)行修改，提高工藝的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：工藝質(zhì)量；數(shù)控加工；薄壁零件；變形；仿真

在進(jìn)行數(shù)控加工的過程中，其主要流程有三個(gè)，在加工前要進(jìn)行工藝的設(shè)計(jì)與零件的編程，在加工時(shí)要實(shí)現(xiàn)全程的監(jiān)控，以及在加工后要對(duì)加工進(jìn)行檢驗(yàn)。在加工中，工藝系統(tǒng)會(huì)受到外界的干擾，導(dǎo)致加工的變形，而且工件在安裝的過程中會(huì)存在一些誤差，刀具在使用中會(huì)出現(xiàn)一些磨損。所以，在進(jìn)行數(shù)控加工的過程中，應(yīng)該進(jìn)行工藝的設(shè)計(jì)，確保加工的質(zhì)量，在模擬中，應(yīng)該分析工藝的幾何特征。

一、仿真基礎(chǔ)上的數(shù)控工藝質(zhì)量完善措施

在仿真的基礎(chǔ)上，進(jìn)行數(shù)控工藝的改進(jìn)，首先要實(shí)現(xiàn)零部件的建模，然后再進(jìn)行數(shù)控的編程，實(shí)現(xiàn)工藝的建模與物理的仿真，對(duì)工藝進(jìn)行優(yōu)化。

二、改進(jìn)方法

在工藝改進(jìn)的過程中需要使用KU=F的公式，K代表的是工件剛度建立的矩陣，F(xiàn)代表的是工件的荷載形成的列陣，U代表的是工作上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的位移形成的陣列，通過對(duì)這個(gè)公式進(jìn)行分析，可以看出，要想防止工件在加工中出現(xiàn)變形，應(yīng)該提高工件的剛度，減小工件的荷載。

（一）進(jìn)給量的調(diào)節(jié)

要想減小工件的荷載，就需要減小進(jìn)給量，可以有效的防止工件產(chǎn)生變形，提高工件的加工效率，應(yīng)該對(duì)進(jìn)給量進(jìn)行局部的調(diào)節(jié)。應(yīng)該在關(guān)鍵的區(qū)域形成剛度大、變形小的區(qū)域，在這類區(qū)域中可以提高進(jìn)給量，在那些剛度比較差的區(qū)域，運(yùn)用小的進(jìn)給量。其流程如圖1所示。

圖1 刀具路徑的進(jìn)給量的調(diào)節(jié)

首先要確定產(chǎn)生變形的區(qū)域，假設(shè)一個(gè)加工面的最大的變形量，按照物理仿真的方式，建立變形分布圖，形成變形的關(guān)鍵區(qū)域，變形的分布圖運(yùn)用等值線的分布情況來(lái)表示。然后實(shí)現(xiàn)邊界點(diǎn)的確定，邊界點(diǎn)指的是刀具的路徑與關(guān)鍵區(qū)域的交集，當(dāng)?shù)毒咦叩氖侵本€路徑時(shí)，采用幾何相交算法分析邊界點(diǎn)，如果刀具走的是曲線路徑，那么就要運(yùn)用CAM軟件建立刀位文件，按照差補(bǔ)公差實(shí)現(xiàn)對(duì)路徑的離散。最后實(shí)現(xiàn)刀位文件的修改，此時(shí)應(yīng)該對(duì)進(jìn)給量進(jìn)行不同方向的調(diào)整，結(jié)合邊界點(diǎn)，按照刀具的路徑，如果刀具走的是直線路徑，那么就需要在邊界點(diǎn)增加新的刀位點(diǎn)。

（二）刀具路徑的修正

在對(duì)薄壁零件進(jìn)行加工時(shí)，工件受到不均勻的切削力的影響產(chǎn)生變形，而且會(huì)產(chǎn)生變形的回彈，在變形消除的過程中會(huì)引起加工的誤差，導(dǎo)致工件的輪廓出現(xiàn)變形，所以，應(yīng)該采用主動(dòng)的刀具路徑修正的方式，應(yīng)該先對(duì)會(huì)彈量進(jìn)行計(jì)算，再形成新的刀具，運(yùn)用補(bǔ)償?shù)毒叩姆绞?，減小變形回彈產(chǎn)生的工件的誤差。其流程如圖2所示。

圖2 刀具路徑的修正

（三）裝夾方案的完善

當(dāng)工件的荷載改變后，其剛度也會(huì)發(fā)生變化，裝夾的方案與荷載關(guān)系密切，而且與夾緊力的數(shù)量以及位置有關(guān)系，這些變量如果產(chǎn)生較大的變化，都會(huì)導(dǎo)致工件的變形。所以，在對(duì)裝夾方案進(jìn)行完善中，應(yīng)該完善夾緊力的數(shù)量，將一個(gè)夾緊力改成多個(gè)夾緊力，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)力的分散，防止力過分集中導(dǎo)致工件變形，而且即使產(chǎn)生了變形，也不會(huì)導(dǎo)致工件變形不均勻。改善夾緊力的位置，夾緊力一般是在剛度比較好的平面上發(fā)揮作用的，而支撐力是作用于剛度差的平面上的。最后應(yīng)該改變夾緊力的大小，當(dāng)夾緊力的數(shù)量和位置都固定下來(lái)后，盡量使用小的夾緊力，確保工件具有較好的穩(wěn)定性。

（四）工件結(jié)構(gòu)的完善

如果工件的受力情況是穩(wěn)定的，那么工件的荷載也是恒定的，應(yīng)該通過改變工件的剛度，可以通過在工件上增加凸型臺(tái)，能夠使工件的剛度增減，減小工件的變形。在對(duì)工藝質(zhì)量進(jìn)行完善的過程中，應(yīng)該運(yùn)用不同的方法進(jìn)行改善，分析工藝的成本規(guī)律的基礎(chǔ)上，減少工藝的成本。

三、實(shí)例的分析

圖3是某薄壁套的零件，其材質(zhì)為無(wú)縫鋼管，零件的外圓直徑為64毫米，內(nèi)孔直徑為60毫米，壁的厚度為2毫米，長(zhǎng)度為40毫米，此零件的直徑尺寸精度要求比較高。在進(jìn)行加工時(shí)，一般先對(duì)內(nèi)腔進(jìn)行加工，再對(duì)外緣加工，先對(duì)凹端進(jìn)行加工，再加工凸端。此工件的剛度是比較差的，所以在加工的過程中產(chǎn)生變形，而且會(huì)受到工藝流程、刀具路徑等影響，所以要進(jìn)行反復(fù)的切割實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)工藝的改進(jìn)。但是在反復(fù)的實(shí)驗(yàn)中會(huì)增加成本，而且導(dǎo)致加工的質(zhì)量降低，工件的穩(wěn)定性受到影響。本次研究對(duì)此零件進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，使加工質(zhì)量得到了改善。

圖3 零件圖

在對(duì)工件進(jìn)行加工中，應(yīng)該運(yùn)用工件裝夾的方式，在加工的過程中，運(yùn)用普通裝夾的方式，加工的精度會(huì)受到一定的局限性。所以，在對(duì)此零件進(jìn)行裝夾中，應(yīng)該加大另加的支撐面積，拓寬夾壓的面積，減小夾壓的應(yīng)力，可以運(yùn)用增添輔助支承的方式，使工件的剛度能夠提高。對(duì)刀具行走的路徑觀察，然后分析工件在不同的位置產(chǎn)生的變形，并分析變形產(chǎn)生的原因，然后沿著刀具行走的路徑，建立控制點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)均勻的控制。在運(yùn)用工藝夾頭裝夾時(shí)要確定好夾持的長(zhǎng)度，當(dāng)工件完成內(nèi)孔和外圓端面的加工后，再進(jìn)行切割。這樣可以防止工件在加工的過程中產(chǎn)生變形，同時(shí)又能夠確保內(nèi)孔和外圓端面的位置是精確的。

結(jié)語(yǔ)：

在對(duì)薄壁零件進(jìn)行加工中，最主要是控制零件的變形，在進(jìn)行加工之前就可以采用仿真技術(shù)，減小變形的誤差。通過分析工藝質(zhì)量的成本規(guī)律，能夠?qū)M(jìn)給量進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)刀具的路徑進(jìn)行修正，采用物理仿真，減少實(shí)驗(yàn)的成本，提高加工的效率。

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