淺談薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量改進(jìn)方法

許新偉

（濟(jì)南市技師學(xué)院，山東 濟(jì)南 250001）

薄壁零件是一種壁厚度＜1mm的金屬零件類型，因其有結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕和材料消耗量低的優(yōu)勢(shì)，因而在工業(yè)生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用。通過(guò)數(shù)控技術(shù)開展薄壁零件加工，可以縮短薄壁零件的加工效率，同時(shí)提升加工精度，但實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中也極易受到諸多生產(chǎn)因素的影響，導(dǎo)致加工質(zhì)量受影響。比如，在薄壁零件數(shù)控加工生產(chǎn)過(guò)程中，工藝質(zhì)量極易受到裝夾、刀具和工藝流程的影響，對(duì)薄壁零件功能有較大的影響。因此，針對(duì)影響薄壁零件數(shù)控加工質(zhì)量的因素，積極做好預(yù)防和改進(jìn)工作尤為關(guān)鍵，必須予以充分的重視。

1 薄壁零件數(shù)控加工工藝

數(shù)控技術(shù)的廣泛應(yīng)用改變了薄壁零件傳統(tǒng)的加工模式，不僅提升了薄壁零件的加工效率，而且通過(guò)應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)提升了對(duì)切削刀具的控制能力，可更好地完成薄壁零件的切削工作?？偟膩?lái)說(shuō)，薄壁零件的數(shù)控加工主要有三個(gè)階段，即粗加工階段、半精加工階段及精加工階段。在粗加工階段，主要是對(duì)薄壁零件做初步加工，需要結(jié)合零件特點(diǎn)和類型來(lái)選擇加工工藝。比如，在開展薄壁套的粗加工時(shí)，需要應(yīng)用粗車外圓、粗鏜內(nèi)孔等工藝，同時(shí)去除多余的材料。在半精加工階段，需要及時(shí)處理薄壁零件的次要表面，保證加工質(zhì)量。待完成次要表面的加工后，工作人員要去除薄壁零件的多余部分，以確?？梢詽M足精度要求。在精加工階段，所生產(chǎn)的薄壁零件生產(chǎn)精度已經(jīng)初步達(dá)到了相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，精加工階段需要借助精車零件外圓的方式對(duì)一些微小部位進(jìn)行細(xì)加工，以此確保其精度和粗超度均可以滿足圖紙要求。

在薄壁零件數(shù)控加工過(guò)程中，考慮到薄壁零件對(duì)尺寸精度和加工位形精度有較高的要求，同時(shí)，加工極易受到剛性、易變性等因素的影響，因而實(shí)際開展加工時(shí)，要給予加工工藝科學(xué)應(yīng)用充分的重視。比如，在生產(chǎn)薄壁套過(guò)程中，工作人員要重點(diǎn)做好兩端面、外圓面和內(nèi)孔三方面的工作，嚴(yán)格遵循粗加工階段、半精加工階段及精加工階段的技術(shù)規(guī)范要求。

生產(chǎn)時(shí)先按照技術(shù)要求展開粗車外圓，確保外圓可以達(dá)到預(yù)先設(shè)計(jì)的目標(biāo)值；而后進(jìn)一步對(duì)展開的半精車外圓進(jìn)行加工處理，調(diào)整和控制薄壁的直徑，確保零件初步滿足工藝要求；最后，在選擇精車外圓時(shí)對(duì)零件做進(jìn)一步的加工處理，確保加工精度滿足圖紙要求。在開展薄壁零件數(shù)控加工過(guò)程中，需要特別注意一點(diǎn)，即為了確保數(shù)控加工工藝可以有效應(yīng)用，工作人員要做好刀具的選擇工作，確保所選用的刀具有足夠的剛性、強(qiáng)度合精度，且便于維修和拆卸，通過(guò)選擇合適的刀具確保切削的精度和可靠性。

2 影響薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量的因素

2.1 零件裝夾影響薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量

零件裝夾是薄壁零件數(shù)控加工工藝高效應(yīng)用的重要設(shè)備，若是裝夾質(zhì)量無(wú)法滿足生產(chǎn)需求，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)脫夾的情況，繼而導(dǎo)致薄壁零件加工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的情況，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引發(fā)安全事故。另外，當(dāng)裝夾的剛度不達(dá)標(biāo)或變形應(yīng)力控制不當(dāng)時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)質(zhì)量受到影響。除此之外，受到零件裝夾的影響，薄壁零件加工過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)形變的情況，同樣會(huì)導(dǎo)致加工質(zhì)量受到影響。

2.2 切削角度影響薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量

為確保薄壁零件數(shù)控加工質(zhì)量，工作人員要預(yù)先對(duì)所選擇的刀具參數(shù)做全面的分析，確保刀具滿足生產(chǎn)需求。通常情況下，當(dāng)受到刀具切削角度、切削速度和進(jìn)給速度等因素的影響時(shí)，刀具切削過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)較多的風(fēng)險(xiǎn)和故障，尤其是切削過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致薄壁零件出現(xiàn)變形和摩擦。比如，當(dāng)?shù)毒叩那敖呛秃蠼前l(fā)生變化時(shí)，會(huì)出現(xiàn)摩擦和變形增加的情況，切削力隨之增強(qiáng)，繼而引起薄壁零件變形程度增加，影響加工質(zhì)量。

2.3 走刀方式與路徑影響薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量

走刀方式與路徑均是薄壁零件數(shù)控加工過(guò)程中的重點(diǎn)，尤其是走刀對(duì)數(shù)控加工質(zhì)量可以產(chǎn)生直接的影響。走刀方式與路徑的科學(xué)控制可以提升薄壁零件數(shù)控加工效率與質(zhì)量，但若是在數(shù)控加工過(guò)程中未對(duì)走刀方式和路徑給予充分的重視，則勢(shì)必影響薄壁零件加工質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)破壞刀具，引發(fā)生產(chǎn)事故。

2.4 工藝路線影響薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量

針對(duì)薄壁零件數(shù)控加工工藝的特殊性，為確保薄壁零件的加工質(zhì)量，工作人員需要結(jié)合零件生產(chǎn)特點(diǎn)和需求科學(xué)確定工藝路線。若是在確定工藝路線時(shí)對(duì)薄壁零件變形處理知識(shí)了解的不夠全面，沒(méi)有充分考慮變形問(wèn)題，極易導(dǎo)致薄壁零件加工效果不佳，繼而引發(fā)薄壁零件質(zhì)量問(wèn)題。除此之外，若是工作人員未充分重視數(shù)控加工振動(dòng)現(xiàn)象和加工剩余量等相關(guān)性因素，也會(huì)導(dǎo)致薄壁零件在加工過(guò)程中出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。

3 薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量改進(jìn)方法

3.1 零件裝夾的改進(jìn)要點(diǎn)

考慮到零件裝夾對(duì)薄壁零件數(shù)控加工質(zhì)量有較大的影響，在整個(gè)生產(chǎn)工藝中發(fā)揮著十分重要的作用，因而必須做好零件裝夾的質(zhì)量改進(jìn)工作。一方面，在生產(chǎn)過(guò)程中加強(qiáng)零件裝夾質(zhì)量的管理工作，避免出現(xiàn)因?yàn)樾」收隙鴮?dǎo)致零件加工質(zhì)量受損的情況；另一方面，在設(shè)計(jì)階段要控制零件裝夾質(zhì)量，確保各項(xiàng)參數(shù)可以滿足生產(chǎn)要求?？偟膩?lái)說(shuō)，零件裝夾的改進(jìn)與優(yōu)化可以重點(diǎn)從以下幾方面著手。

（1）確保零件裝夾結(jié)構(gòu)緊湊，懸伸短：數(shù)控加工過(guò)程中，裝夾會(huì)隨著主軸回轉(zhuǎn)而回轉(zhuǎn)，為確保裝夾的重心可以始終緊緊貼靠主軸的端部，需要有效控制裝夾的重心。通過(guò)控制裝夾重心，可以確保其慣性力和回轉(zhuǎn)力矩大小滿足數(shù)控加工精度要求，從而保障加工質(zhì)量。在懸伸長(zhǎng)度控制方面，工作人員要根據(jù)薄壁零件實(shí)際情況選擇，比如，在開展薄壁套的數(shù)控加工時(shí)，當(dāng)薄壁管外徑為63mm時(shí)，則其懸伸長(zhǎng)度控制在L/D＜1.25。

（2）確保裝夾與數(shù)控機(jī)床之間的連接平穩(wěn)且有效，同時(shí)對(duì)影響兩者連接的因素及時(shí)消除，減少安裝因素對(duì)薄壁零件加工質(zhì)量的影響。

（3）確保裝夾機(jī)構(gòu)有足夠的安全性和耐久性：裝夾機(jī)構(gòu)的選擇以安全性和耐久性為原則，一方面，保證裝夾有足夠的強(qiáng)度和剛度；另一方面，保證裝夾有充分的夾緊力，可以很好，預(yù)防脫夾情況的發(fā)生。實(shí)踐應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，通過(guò)選擇耐久性良好的裝夾可以最大地減少裝夾的損壞，裝夾變形問(wèn)題也可以得到有效的控制。

3.2 切削量與路徑的選擇

要實(shí)現(xiàn)改進(jìn)薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量的目標(biāo)，務(wù)必做好走刀路徑和切削量的控制工作。比如，在開展薄壁套的加工時(shí)，可以通過(guò)表面粗糙度公式確定薄壁套切削量，以便更好地控制主軸轉(zhuǎn)速、背吃刀量及給進(jìn)量。

確定切削量后，即可以選擇主軸轉(zhuǎn)速、背吃刀量及給進(jìn)量。如表1是薄壁套的切削量選擇參考值。

表1 薄壁套的切削量選擇參考值

在切削路徑規(guī)劃過(guò)程中，需要合理增加數(shù)控加工相關(guān)操作的主動(dòng)性，同時(shí)，優(yōu)化刀具路徑。重點(diǎn)把控以下原則：（1）粗加工工藝改良中，可選擇階梯式粗加工法和一次性粗加工法，確保順利完成薄壁零件加工。實(shí)踐應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，這一工藝可以改變傳統(tǒng)的十二走刀路徑，并可以沿著X和Y方向做平移運(yùn)動(dòng)，清除多余的材料，確保切削效果；（2）合理調(diào)整刀具的前角和后角，按照前后角度的特點(diǎn)，合理調(diào)整前角和后角的大小，以此避免摩擦和變形問(wèn)題的出現(xiàn)，減弱切削力。

3.3 基于仿真數(shù)控的加工工藝質(zhì)量改進(jìn)

在開展基于仿真數(shù)控的加工工藝質(zhì)量改進(jìn)過(guò)程中，可以借助相關(guān)的理論公式來(lái)分析薄壁零件的加工參數(shù)。

式中，K表示薄壁零件的整體強(qiáng)度矩陣；F表示薄壁零件在加工過(guò)程中所承受到的負(fù)載列陣；U表示薄壁零件加工過(guò)程中出現(xiàn)的變形情況。

根據(jù)公式（2）的相關(guān)性質(zhì)，為完成薄壁零件數(shù)控加工質(zhì)量的提升工作，可以適當(dāng)對(duì)F、K值進(jìn)行調(diào)整，避免變形情況的出現(xiàn)。在具體調(diào)整F、K值時(shí)，可以對(duì)所使用的薄壁原材料進(jìn)行分析，若原材料強(qiáng)度不足，則可以選用新的薄壁材料。也可以在原材料不變的情況下，借助填充物質(zhì)的方式來(lái)增強(qiáng)材料強(qiáng)度。

4 結(jié)語(yǔ)

薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量改進(jìn)要始終從其工藝質(zhì)量影響因素著手，在此基礎(chǔ)上開展針對(duì)性的質(zhì)量改良與優(yōu)化工作，重點(diǎn)做好零件裝夾、切削量與路徑及仿真數(shù)控的加工工藝質(zhì)量改進(jìn)三方面的工作，以此強(qiáng)化加工質(zhì)量控制水平，降低生產(chǎn)成本。