機(jī)床鈑金件加工工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)

周 訥

（城林環(huán)保技術(shù)（上海）有限公司，上海 200000）

鈑金件是一種通過鈑金工藝加工得出的產(chǎn)物，當(dāng)前鈑金件的應(yīng)用十分廣泛，在金屬控制柜、電池包等領(lǐng)域當(dāng)中都受到了人們的高度使用。同時(shí)，當(dāng)前機(jī)械加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不斷加快，因此對(duì)于鈑金工藝而言提出了更高的要求，選擇一種最為恰當(dāng)?shù)拟k金工藝，提高鈑金件的質(zhì)量和生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，是當(dāng)前相關(guān)領(lǐng)域研究人員重點(diǎn)關(guān)注的話題。傳統(tǒng)鈑金件加工工藝需要使用的加工設(shè)備較多，并且針對(duì)不同類型的鈑金件需要配備不同的處理方法[1]。由于不同處理方法在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)造成鈑金件的質(zhì)量以及性能都存在巨大差異，因此最終生產(chǎn)的同一批鈑金件之間都會(huì)出現(xiàn)不同質(zhì)量和性能，造成整個(gè)鈑金件加工工藝的水平無法達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)[2]。由于當(dāng)前部分鈑金件加工工藝設(shè)計(jì)人員的專業(yè)素質(zhì)和水平都有待提升，相關(guān)企業(yè)也沒有對(duì)工藝技術(shù)升級(jí)給予更多的重視，因此也造成了加工效率低、質(zhì)量不過關(guān)的問題。由于上述各種原因的存在，使得當(dāng)前機(jī)床鈑金件加工工藝始終無法得到有效的發(fā)展[3]?；诖?，本文開展機(jī)床鈑金件加工工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。

1 機(jī)床鈑金件加工工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.1 構(gòu)建鈑金件加工工藝信息模型

為了確保對(duì)機(jī)床鈑金件加工工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)具備有效性，可采用構(gòu)建鈑金件加工工藝信息模型的方式，為加工工藝的實(shí)施提供充足的信息作為支撐。在構(gòu)建模型過程中，需要對(duì)模型構(gòu)建信息進(jìn)行獲取，獲取的信息應(yīng)包括鈑金件的幾何數(shù)據(jù)、鈑金件構(gòu)成材料、加工鈑金件所需要控制的精度、執(zhí)行加工工藝過程中涉及的相關(guān)信息。綜合上述分析，也可將建立本章提出模型的過程為將信息進(jìn)行簡化處理的過程[4]。常規(guī)情況下，對(duì)設(shè)計(jì)模型過程中涉及信息的有效表達(dá)是一件較為困難的工作，而產(chǎn)生此種問題的原因主要在于與鈑金件加工的相關(guān)信息結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，倘若直接將鈑金件信息進(jìn)行簡化表達(dá)，又無法有效的為后期工作實(shí)施做出支撐。因此，在設(shè)計(jì)模型過程中，應(yīng)選擇一個(gè)信息的平衡切入點(diǎn)，以較為簡單的信息數(shù)據(jù)，呈現(xiàn)一種較為復(fù)雜的鈑金件加工過程。

目前，金屬加工市場內(nèi)較為常用的鈑金件信息描述方法包括：零構(gòu)件編碼方法、元素性能描述方法等，而本章模型將集成多種方法所具備的優(yōu)勢，對(duì)鈑金件特征進(jìn)行描述，并根據(jù)不同定義間的拓?fù)潢P(guān)系，對(duì)鈑金件加工工藝信息進(jìn)行描述。綜合上述分析，對(duì)本章提出的模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如下圖1所示。

圖1 鈑金件加工工藝信息模型示意圖

按照上述圖1所示的結(jié)構(gòu)，在完成對(duì)鈑金件加工工藝信息的相關(guān)描述后，對(duì)不同信息進(jìn)行特征分類，考慮到在此過程中的特征信息存在固定性較強(qiáng)的特點(diǎn)，因此，可也在描述中采用鏈?zhǔn)酱a的方式，對(duì)模型進(jìn)行表達(dá)。除此之外，在對(duì)信息進(jìn)行詮釋與描述的過程中，應(yīng)盡量采用柔性的方式，對(duì)信息進(jìn)行多維度的詮釋[5]。例如，針對(duì)鈑金件加工某個(gè)環(huán)節(jié)中的具體零構(gòu)件，可從其設(shè)計(jì)精度（0.01范圍內(nèi)）、設(shè)計(jì)幾何面數(shù)量、設(shè)計(jì)尺寸等層面進(jìn)行分別描述，通過此種方面，確保模型中提供信息的全面性。

1.2 鈑金件幾何形狀特征描述

為實(shí)現(xiàn)對(duì)鈑金件的高精度加工，本文采用特征批核的方法對(duì)鈑金件幾何形狀特征進(jìn)行描述。首先，將鈑金件劃分為多個(gè)具有簡單特征的結(jié)構(gòu)，通過簡單結(jié)構(gòu)的組合表示該辦幾件的幾何形狀特征。在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于不同類型鈑金件當(dāng)中包含的幾何形狀特征通常差異較大，因此建立統(tǒng)一的鈑金件加工工藝信息模型會(huì)造成大量信息冗余問題產(chǎn)生[6]。在優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，鈑金件的幾何形狀特征對(duì)加工方法的選擇、工序的確定有著較大的影響。因此在對(duì)鈑金件進(jìn)行描述時(shí)，還需要從工藝性的相似度角度出發(fā)。在采用上述特征描述的基礎(chǔ)上，結(jié)合決策樹，構(gòu)建幾何形狀特征樹結(jié)構(gòu)，并對(duì)其分別進(jìn)行操作編碼。表1為鈑金件不同幾何形狀特征樹定義表。

表1 鈑金件不同幾何形狀特征樹定義表

采用上述鈑金件不同幾何形狀特征樹定義的方式完成對(duì)多種不同幾何形狀特征的描述，并對(duì)所定義的幾何形狀特征進(jìn)行數(shù)值描述。而這些幾何形狀特征的具體數(shù)值通常實(shí)在加工過程中進(jìn)行描述。因此，針對(duì)簡單結(jié)構(gòu)可直接進(jìn)行數(shù)值描述，而針對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)還應(yīng)當(dāng)對(duì)其設(shè)置相應(yīng)的幾何形狀特征編碼。針對(duì)每一個(gè)鈑金件加工設(shè)計(jì)圖紙對(duì)應(yīng)一個(gè)雙向鏈表，一個(gè)幾何結(jié)構(gòu)特征對(duì)應(yīng)一雙向鏈當(dāng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，以此完成對(duì)鈑金件結(jié)構(gòu)上所有結(jié)合形狀特征的數(shù)值描述。在實(shí)際應(yīng)用中不僅可以有效降低后續(xù)數(shù)控機(jī)床加工參數(shù)的計(jì)算量，同時(shí)還能夠減少數(shù)控機(jī)床加工操作程序的開發(fā)工作量。

1.3 鈑金件加工精度誤差補(bǔ)償

考慮到鈑金件加工工藝對(duì)于精度的要求較高，此種高精度的需求也是確保鈑金件加工件可實(shí)現(xiàn)保質(zhì)保量完成的關(guān)鍵。在進(jìn)行鈑金件加工工藝精度的分析過程中，倘若忽視了對(duì)精度的控制，不僅會(huì)對(duì)連續(xù)生產(chǎn)行為的實(shí)施造成抑制，同時(shí)也會(huì)在一定程度上影響到鈑金件加工件的脫膜處理行為，從而導(dǎo)致鈑金件加工成本的顯著性提升、鈑金件加工件在投入市場后存在使用壽命等問題。因此，本章將結(jié)合GB/Ti工藝生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)鈑金件加工精度誤差進(jìn)行補(bǔ)償，通過此種方式實(shí)現(xiàn)對(duì)鈑金件加工件的高質(zhì)量輸出。

其一，在補(bǔ)償精度誤差過程中，可從鈑金件加工模型的幾何形狀層面入手，對(duì)加工的鈑金件在干燥且恒溫的條件下，進(jìn)行幾何尺寸測量，并按照標(biāo)準(zhǔn)化的計(jì)算方式，對(duì)鈑金件加工件的延展率與收縮率進(jìn)行計(jì)算。在確保幾何邊平整光滑的前提下，預(yù)制補(bǔ)償材料，即在完成對(duì)鈑金件的加工后，控制其收縮率，并在鈑金件加工件未完成脫模的前提下，對(duì)其進(jìn)行收縮補(bǔ)償[7]。對(duì)加工鈑金件進(jìn)行脫模處理屬于優(yōu)化工藝的最終環(huán)節(jié)，因此，此步驟誤差補(bǔ)償工作的實(shí)施是至關(guān)重要的。

其二，對(duì)鈑金件存在的排水、排氣、脫水等造成的現(xiàn)象進(jìn)行精度補(bǔ)償。常規(guī)情況下，在完成對(duì)鈑金件的加工工藝處理后，需要將完成設(shè)計(jì)鈑金件進(jìn)行清潔處理。此過程將涉及到對(duì)鈑金件的降溫，而不同鈑金件構(gòu)成材質(zhì)在受到溫度變化的影響下，所產(chǎn)生的誤差問題是不同的，因此，也綜合鈑金件的構(gòu)成材料，分析不同材料的熱脹冷縮性能，以此作為精度誤差補(bǔ)償?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，從而降低外界相關(guān)影響因素對(duì)鈑金件加工處理的精度影響。完成對(duì)傳統(tǒng)工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

本文通過上述論述完成對(duì)機(jī)床鈑金件加工工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)，為進(jìn)一步驗(yàn)證優(yōu)化后的加工工藝在實(shí)際應(yīng)用中的效果，將優(yōu)化后的加工工藝與優(yōu)化前的加工工藝按照相同的鈑金件圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求對(duì)鈑金件進(jìn)行加工，從而驗(yàn)證本文優(yōu)化后的加工工藝在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢。為保證本文完成對(duì)比實(shí)驗(yàn)后，得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有公正性，在分別利用優(yōu)化前和優(yōu)化后的加工工藝進(jìn)行對(duì)鈑金件加工室，除了本文上述優(yōu)化的環(huán)節(jié)存在差異外，其余工藝條件應(yīng)當(dāng)保證基本完全相同。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過程中，兩種加工工藝均采用統(tǒng)一型號(hào)的數(shù)控加工機(jī)床。設(shè)置實(shí)驗(yàn)過程中，數(shù)控加工機(jī)床的運(yùn)行電壓控制在22V，主轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速控制在1500 r/min～2000 r/min范圍以內(nèi)，數(shù)控機(jī)床加工設(shè)備中的電解液內(nèi)部配置壓力為1.25MPa，脈沖的頻率設(shè)置為27.25kHz。在實(shí)驗(yàn)過過程中，針對(duì)兩種加工工藝的規(guī)程，本文利用解析器對(duì)其進(jìn)行解析，以此方便對(duì)兩種工藝的工藝效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。利用測量工具，對(duì)兩種加工工藝生產(chǎn)的鈑金件各個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行測量，并將其與設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行比較，計(jì)算得出加工誤差，將所有結(jié)構(gòu)的加工誤差相加，并繪制成如表2所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表。

表2 兩種加工工藝實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表

從表2中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，本文加工工藝的加工誤差明顯小于傳統(tǒng)加工工藝的加工誤差。因此通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證，本文優(yōu)化后的加工工藝具有更高的加工精度。

3 結(jié)束語

相關(guān)鈑金件加工的研究，一直是工業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)注重點(diǎn)，為了進(jìn)一步提升鈑金件加工的精度，本文開展了機(jī)床鈑金件加工工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究。從多個(gè)角度完成對(duì)本文方法的設(shè)計(jì)后，提出對(duì)比實(shí)驗(yàn)，證明了本文設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法，在對(duì)鈑金件進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)與設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)成品誤差較傳統(tǒng)方法更低，因此，可認(rèn)為本文設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法滿足工業(yè)化生產(chǎn)需求。