機械加工中數(shù)控車加工薄壁組合零件工藝探討

儲勝國

摘要：伴隨時代的快速發(fā)展，數(shù)控車在工廠加工中的應(yīng)用愈漸廣泛，因此而產(chǎn)生了許多生產(chǎn)提速以及產(chǎn)量的增加。如今，我國開始嘗試采用自主研制的數(shù)控車開展生產(chǎn)，但是在生產(chǎn)期間將會產(chǎn)生不同類型的問題，特別是在加工薄壁組合零件工藝期間，容易產(chǎn)生不同類型的形變問題。文章簡要分析了薄壁組合零件加工的重點與難點，同時分析數(shù)控加工中必須注意的內(nèi)容，同時從工藝以及加工兩個方面論述薄壁零件的加工具體流程。

關(guān)鍵詞：機械加工;數(shù)控車;薄壁組合零件

中圖分類號：TG6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）12-0115-02

0? 引言

數(shù)控加工屬于十分復(fù)雜的流程，所有步驟都必須予以嚴格的關(guān)注以及重視，從工藝圖紙的繪制，直至成品最終能夠達標交付，必須考慮數(shù)據(jù)程序的編寫，并綜合考量其余方面因素的干預(yù)，包括零件加工工藝線路的設(shè)計、加工機床以及切削刀具的選用，零件加工期間定位裝夾等眾多因素。為了令數(shù)控機床可以依照預(yù)定的設(shè)計完成成品的達標生產(chǎn)，加工人員在編寫程序之前，必須針對零件設(shè)計合理的圖紙并開展更為細致的工藝分析，可以更為方便地確認零件加工的技術(shù)要點以及難點。應(yīng)選擇何種工藝解決加工期間的形變問題，也成為許多學(xué)者關(guān)注的重點。

1? 薄壁組合零件加工的特點

薄壁組合零件在加工期間，最為困難的環(huán)節(jié)是因為薄壁組合零件的特點所引發(fā)的。通常情況下，薄壁組合缺乏剛性，導(dǎo)致在車削期間產(chǎn)生由于振動所引發(fā)的變形，如此一來，所生產(chǎn)的零件規(guī)格以及形狀都會產(chǎn)生一定程度形變，進而導(dǎo)致零部件難以滿足要求。如果不能予以合理處理，零件就無法達標，甚至?xí)?dǎo)致加工中斷。另外，加工期間，將會形成一定程度的熱量，薄壁零件在高溫狀態(tài)下的完好性也并不理想，可能引發(fā)其產(chǎn)生變形等。

2? 數(shù)控加工期間的注意事項

2.1 圖紙設(shè)計方面

如今，數(shù)控加工技術(shù)在復(fù)雜零件加工中的應(yīng)用愈漸廣泛，對零件圖的繪制要求更為嚴格。圖紙可以更為直觀地展現(xiàn)零件成品的各部分要求，而一份完善的圖紙可以幫助加工現(xiàn)場技術(shù)人員在正式加工之前精確了解所有環(huán)節(jié)的具體工作，進而開展對應(yīng)的研究與分析，針對存在的誤差予以相應(yīng)的補償與矯正，以免在制造期間需要重復(fù)加工，進而引發(fā)不必要的經(jīng)濟損失。另外，步驟設(shè)計方面，還需要更為周密細致，所有流程的設(shè)計必須能夠經(jīng)受現(xiàn)實環(huán)境的考驗。

2.2 刀具的選用

薄壁加工難以解決的問題便是刀具的選用。如今數(shù)控加工中，刀具的科學(xué)選用將直接影響切削整體效率以及加工最終質(zhì)量。關(guān)于刀具的科學(xué)選擇，加工人員必須充分考慮不同方面所產(chǎn)生影響，包括針對加工零件的研究、刀具材質(zhì)以及當前工作環(huán)境。選用更為科學(xué)合理的刀具可以顯著提高工作效率，同時保證產(chǎn)品質(zhì)量。不僅如此，科學(xué)地選擇刀具本身也是對加工人員自身生命安全的負責，以免由于刀具選擇不當而造成人員受傷或是引發(fā)更為嚴重的后果。

刀具合理選用至關(guān)重要，特別是在實際生產(chǎn)過程中，刀具選擇事關(guān)加工工作能否順利開展以及加工人員人身安全。通常情況下，所使用的刀具應(yīng)具備高強度、高硬度特點，且耐用性表現(xiàn)十分理想。另外，刀具本身應(yīng)具備優(yōu)秀的斷屑水平以及抗脆性。故而，在選用刀具方面，應(yīng)對刀具本身特征有更高且更為嚴格的要求。選用合理的刀具，可以保證數(shù)控車床即便在相對惡劣的環(huán)境之中，依舊能夠正常工作。針對較為簡單零件的加工刀具，例如普通外圓車刀，僅需要選用強度較高、導(dǎo)熱性能理想的合金刀具便可。

2.3 裝夾方法

在提高工作效率的過程中，還需要保證車床的功效能夠得到更為充分的發(fā)揮。簡而言之，就是盡量一次裝夾能完成更多的加工內(nèi)容?？梢岳斫鉃閱未窝b夾之后，盡量對更多的待加工面開展加工，由于每次裝夾都需要重新校對刀具的位置，若是多次重復(fù)校對刀具位置，必然會導(dǎo)致時間被大量浪費，降低加工效率，為此，需要盡量降低刀具位置校對次數(shù)，以縮減加工零件所需要的時間，盡可能節(jié)省成本。

2.4 對刀與刀具更換

加工人員個人操作技能的熟練程度與加工時長呈負相關(guān)關(guān)系，即加工人員熟練度越高，所需要耗費的時間越少，對刀以及刀具更換如能熟練操作，可以節(jié)省大量時間，為零件加工提供了時間的保證。然而，在時間減少的狀況下，還需要重視該項操作過程中，刀具和工件所在位置，該位置盡管是固定的，但在實際操作期間，操作者將結(jié)合實際情況對刀具位置加以調(diào)節(jié)，故而，加工人員在實際操作過程中如果發(fā)現(xiàn)刀具位置不合理，必須及時加以調(diào)節(jié)，避免碰撞事故的產(chǎn)生。

3? 薄壁零件加工過程中的特點、問題與處理方案

薄壁零件由于具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊以及自重輕等諸多優(yōu)勢，在實際中得到極為廣泛的運用。特別是近幾年來，伴隨人們對商品小規(guī)模化以及精密化要求不斷提高，薄壁類型零件是目前許多機械產(chǎn)品生產(chǎn)的重要零件。但由于薄壁零件自身壁厚較薄，剛性也不理想，加工過程中有較大概率產(chǎn)生形變問題，對產(chǎn)品的質(zhì)量以及精確度管控產(chǎn)生較大的影響，甚至限制了產(chǎn)品的設(shè)計以及薄壁零件加工技術(shù)的發(fā)展。故而，薄壁類型零件的加工工藝技術(shù)是當前機械加工必須解決以及處理的問題。如果能通過合理的方式有效處理上述問題，便需要充分意識到薄壁零件產(chǎn)生形變的根本原因，并基于原因采取行之有效的解決方案。就目前而言，薄壁零件加工之中相對常見的問題具體如下：

3.1 工件結(jié)構(gòu)與材質(zhì)的合理選用

形變量以及形狀復(fù)雜情況和薄壁之間有密切的關(guān)系，工件結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與剛性和材料之間呈正相關(guān)關(guān)系。故而，在加工過程中，考慮如何降低上述因素對薄壁零件加工所產(chǎn)生的負面影響，技術(shù)人員在設(shè)計環(huán)節(jié)中需要針對零件的受力能力予以充分的考慮，特別是針對薄壁零件結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計，并管控毛坯質(zhì)量，確保毛坯不會產(chǎn)生疏松等現(xiàn)象，且硬度也能夠滿足要求。

3.2 薄壁零件在加工過程中可能因為壓力而產(chǎn)生形變

薄壁零件由于壓力而產(chǎn)生形變的主要原因是因為壁厚過薄而導(dǎo)致其整個工件的剛性大幅降低，當其遭受外部壓力的干擾必定會出現(xiàn)嚴重的變形，不僅導(dǎo)致工件整個外形產(chǎn)生明顯的變化，同時也會令工件體積和預(yù)估標準產(chǎn)生偏差，最后造成工件成為廢品。如果技術(shù)人員在加工工件過程中，因為裝夾的夾緊力過大，工件自然會因為受力不均勻而產(chǎn)生明顯的改變，甚至能夠讓圓孔轉(zhuǎn)變?yōu)槿切?。而?jīng)過加工之后，夾具完全松開時，工件本身彈性也相應(yīng)恢復(fù)，外圓開始慢慢恢復(fù)至圓形。此時，如果工件產(chǎn)生改變，則不只是內(nèi)孔外形尺寸不能得到有效的控制，甚至工件整體外形都會產(chǎn)生改變。

3.3 工件熱變形

薄壁零件切削加工期間，切削必然會產(chǎn)生極高的溫度，因為工件薄壁剛性不足，處于高溫狀態(tài)下，可能會導(dǎo)致零件的規(guī)格難以管控，而對許多膨脹系數(shù)較大的金屬工件而言，處于高溫狀態(tài)下，不只是形變，甚至?xí)霈F(xiàn)工件直接卡死在夾具中的現(xiàn)象。

3.4 工件裝夾過程中產(chǎn)生的形變

第一，如果希望薄壁零件經(jīng)過車床加工之后達到預(yù)定的標準，在夾具選用方面必須保證合理性，同時結(jié)合夾具自身的特征選用最為合適的夾緊應(yīng)力。故而，在該類型工件加工期間，夾緊的位置和支撐點必須保持一致，使得夾緊點盡量臨近加工表面，借此規(guī)避由于受力不均勻而導(dǎo)致工件整體形狀產(chǎn)生形變。

第二，加工期間，為了加強對工件形成的形變的控制，一般都需要適當增加工件和夾具之間的接觸面積，借此規(guī)避夾具在加工過程中對零件產(chǎn)生較大的擠壓力，進而導(dǎo)致工件產(chǎn)生形變。例如，對薄壁零件加工期間，可以采用一些本身彈性理想的夾具或壓板對工件進行固定，該目標并非是為了拓展接觸面的受力面積，用彈性吸收可以規(guī)避由于擠壓應(yīng)力過高而造成工件產(chǎn)生形變，該方式因為承擔了部分夾緊力，因此能夠有效規(guī)避零件產(chǎn)生形變現(xiàn)象。而通過軸向的夾緊力以規(guī)避裝夾變形也是許多加工人員用以避免變形較為常用的方式。

第三，為了保證夾緊力，加工人員還可嘗試設(shè)計專門的夾具，以避免工件因為剛性不佳、薄壁所引發(fā)的工件彎曲形變的問題。

3.5 工件加工期間所產(chǎn)生的形變

因為工件在切削期間會受到切削力的影響，進而形成向受力方向的形變，故而在精加工過程中，必須確保刀具的鋒利性，降低工件和刀具摩擦過程中所形成的阻力，降低刀具切削過程中所產(chǎn)生熱量。不僅如此，加工期間，工件和刀具之間因為摩擦所形成的熱能也會令工件形變，故而應(yīng)盡可能選用高速切削的加工方式。此外，切削期間，所產(chǎn)生的切屑會在短時間內(nèi)被清除掉，許多切削熱會因切除掉的切屑導(dǎo)熱帶走，一定程度避免了工件產(chǎn)生熱形變的現(xiàn)象。另外，由于切削材料產(chǎn)生軟化的面積在高速加工期間將逐漸減少，能夠有效避免零件產(chǎn)生形變的問題，確保了零件規(guī)格與外形的精確度。

4? 減少與避免薄壁工件形變的方式

較為常用的方式有如下幾種：

第一，工件加工分為粗加工與精加工兩個階段。因為粗加工所形成的余量較大，且夾緊力較強，形變自然而然增加。精加工過程中，夾緊力自然降低，不會產(chǎn)生顯著的形變，同時能夠消除粗加工過程中因為切削力過高而產(chǎn)生的形變。故而，將薄壁工件的加工分為粗加工與精加工兩個階段，利用兩種加工方式，降低其形變的概率。

第二，科學(xué)設(shè)定刀具的幾何參數(shù)。對薄壁工件進行粗加工過程中，對刀柄剛度有較高的要求，刀具的修光刃不可過長，通常情況下控制在0.2mm至0.3mm之間，刀刃必須保證鋒利。

第三，運用軸向夾緊夾具。盡量選擇軸向夾緊夾具對薄壁工件進行裝夾，工件通過軸向夾緊夾具完成夾緊，因為夾緊力F沿著工件呈軸向的分布，而工件本身軸向剛度較大，難以出現(xiàn)夾緊形變的問題。

第四，擴大裝夾接觸面積。加工人員可以適當運用一些專用設(shè)計的軟卡爪或開縫套筒以增加裝夾的接觸面積，使得夾緊力能夠更為均勻地分布在工件之上，確保工件在夾緊狀態(tài)下不會產(chǎn)生形變。

5? 結(jié)束語

如今，薄壁組合零件在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用，而對加工人員的技術(shù)水平有了更高的要求，必須通過合理的方式避免工件在加工過程中產(chǎn)生形變，以滿足工件加工的實際需要。為此，作為車床加工人員，應(yīng)明確車床加工薄壁零件期間存在的問題，并及時通過運用軸向夾緊夾具以及擴大裝夾接觸面積等具體方法予以解決，提高薄壁組合零件的加工質(zhì)量。

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