薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量改進(jìn)方法略談

李雨馨

摘要：隨著計算機(jī)信息技術(shù)和數(shù)控加工工藝的快速發(fā)展，零件加工技術(shù)在效率和質(zhì)量上得到了的優(yōu)化，對于薄壁零件的加工工作而言，正確使用數(shù)控加工工藝可以明顯提高其加工效率與加工表面質(zhì)量。但是就實際生產(chǎn)情況而言，薄壁零件數(shù)控加工工藝受到諸多因素干擾，加工效率、成品品質(zhì)穩(wěn)定性差，故有改進(jìn)薄壁零件加工工藝。本文全方位剖析薄壁零件加工工藝缺陷并提出改進(jìn)策略，僅供參考。

關(guān)鍵詞：薄壁零件;數(shù)控加工工藝;改進(jìn)方法

中圖分類號：TG6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）12-0028-03

0? 引言

化工領(lǐng)域技術(shù)工藝的快速革新，推動薄壁零件數(shù)控加工技術(shù)不斷發(fā)展，生產(chǎn)工藝及設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)也愈發(fā)嚴(yán)格，涉及到薄壁件的需求也日漸增長。由此可知，在整個的加工企業(yè)發(fā)展的過程中，保證薄壁零件質(zhì)量的工作至關(guān)重要，它不僅可以在很大程度上影響企業(yè)發(fā)展的效率，更是決定了企業(yè)在行業(yè)中的競爭優(yōu)勢。伴隨著當(dāng)前相關(guān)應(yīng)用技術(shù)的不斷進(jìn)步，薄壁零件的應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)展，不僅在軍事領(lǐng)域有著較為廣泛的應(yīng)用，而且也逐漸被用于航空、航天等一些高精尖的領(lǐng)域之中。

高精密數(shù)控加工機(jī)床相關(guān)技術(shù)在應(yīng)用的過程中，不僅融入了當(dāng)前較為先進(jìn)的仿真技術(shù)，更是可以通過計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行一系列的復(fù)雜操作，這些技術(shù)層面的改進(jìn)，不僅是會將傳統(tǒng)的機(jī)床加工作業(yè)的復(fù)雜工具進(jìn)一步簡化，同時提升加工精密度，而且還可以進(jìn)入計算機(jī)技術(shù)對相關(guān)的加工技術(shù)進(jìn)行提前的預(yù)演，能夠通過事先的預(yù)防性分析和檢測工作，進(jìn)一步降低企業(yè)加工成本。所謂的薄壁零件在實際加工過程中，對其厚度有著較高的要求，多數(shù)情況下不應(yīng)超過一毫米，且在加工材料上多為鋁件及鋼件，因此是在實際使用的過程中，薄壁零件相對傳統(tǒng)零部件而言，在重量上較輕，能夠在很大程度上降低制作成本，而且其較為緊湊的整體結(jié)構(gòu)也能夠滿足一些特殊領(lǐng)域的要求，以上多方面的優(yōu)勢，使得薄壁零件在多個領(lǐng)域都實現(xiàn)了教育廣泛的應(yīng)用。但是從另一個方面進(jìn)行考慮，薄壁零件在實際使用的過程中，也存在著一些局限性和缺陷，如剛性差、強(qiáng)度弱等，這方面的劣勢也在很大層面上增加了該零件在加工時的工作難度，在傳統(tǒng)工藝條件下其良品率一直處于較低的水平。在這一背景之下，數(shù)控加工工藝的出現(xiàn)和使用，使得薄壁零件的加工有了新的轉(zhuǎn)機(jī)。

1? 薄壁零件數(shù)控加工工藝分析

1.1 薄壁零件數(shù)控加工工藝

從實際應(yīng)用的角度進(jìn)行分析，我們知道薄壁零件所針對的這些場合較為特殊，這也在很大程度上提升了其對加工工藝的要求，這方面的要求尤其表現(xiàn)在精密度上，在實際工藝開展的過程中，相對于傳統(tǒng)零件，薄壁零件有著剛性差、易變形等劣勢，這就使得其數(shù)控加工操作的難度大大提升。

UG等類型CAM編程軟件在零件加工中獲得廣泛應(yīng)用，但其數(shù)控程序代碼輸出無法完全契合加工參數(shù)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)及精度要求。故薄壁零件數(shù)控加工依舊沿襲既往切削參數(shù)并作持續(xù)反復(fù)地精加工。例如在編者實際加工經(jīng)驗中，某一消費(fèi)電子產(chǎn)品零件的壁厚僅為0.2mm，通過程序反復(fù)的縮短程序中刀具的半徑補(bǔ)償量達(dá)到圖紙要求。

1.2 薄壁零件數(shù)控加工刀具

在實際薄壁零件加工工藝開始的過程中，為了使得其質(zhì)量和精度能夠達(dá)到預(yù)設(shè)要求，在刀具的運(yùn)行軌跡的設(shè)計上，一定要做出嚴(yán)格的控制標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)不同的工藝要求，針對表面輪廓較為突出的一些零件加工工作，在加工刀具的選擇上可以選擇Φ10毫米立銑刀或Φ8毫米立銑刀;而針對需要鉆孔的薄壁零件，在刀具的選擇上可以選擇Φ10毫米機(jī)用鉸刀，亦或是Φ16毫米鏜刀;對需要加工凹槽的零件，在刀具的選擇上可以選擇Φ6毫米的立銑刀。

在實際操作中，不應(yīng)或盡量不選擇刀具直徑過小的刀具，例如Φ2mm或Φ1mm的立銑刀，由于機(jī)加過程中，在待加工的零件表面會產(chǎn)生振動，疊加刀具在高速旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的徑向振動，會使刀具形變過大進(jìn)而折斷，在零件表面形成劃痕甚至使零件報廢。

另外，在刀具的選擇上，應(yīng)選擇線速度大的品牌刀具，這樣的刀具在動平衡的控制上更優(yōu)，在高速旋轉(zhuǎn)中，刀具自身徑向跳動更小，金屬切削效果更佳，對表面質(zhì)量的影響更小。

2? 薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量的影響因素

2.1 零件裝夾

在零件夾裝方式的選擇上，應(yīng)嚴(yán)格按照不同材料的自身硬度因素進(jìn)行靈活性的選擇，原因就在于具體的檢查方式，可能會對材料的本身性質(zhì)產(chǎn)生一定的影響，進(jìn)而影響到其后續(xù)加工的精度。因此工作人員在進(jìn)行實際的薄壁零件數(shù)控加工之前，應(yīng)做好充足的時間準(zhǔn)備工作，尤為重要的一點就是應(yīng)合理分析零件的裝夾方式和位置，在此過程中也可以借助人工智能分析系統(tǒng)，對零件的作用方向進(jìn)行進(jìn)一步的確定，以此來進(jìn)一步提升加工件的質(zhì)量。

在利用數(shù)控加工技術(shù)進(jìn)行薄壁零件的加工時，較為常見的一種加工方法為空心澆灌，所選用的輔材以石蠟、松香等為主。完成整體加工后，取出輔材再作精加工處理。也有不進(jìn)行空心澆灌的方式直接進(jìn)行加工的零件，主要原因是空心澆灌加工的方式延長了加工的時間，致使加工效率提升不上去，對于消費(fèi)電子類零件這種批量生產(chǎn)的零件，更多采取直接加工的方式，在夾具的設(shè)計上，注重夾具夾緊力的設(shè)置，以保證在裝夾的過程中及加工的過程中，被加工的零件不會產(chǎn)生過多的形變。

在實際薄壁零件加工工藝開展的過程中，選擇使用相應(yīng)的零件裝夾工具，主要目的就是為了能夠在整個過程中固定零件，使之不產(chǎn)生不必要的位移，從而確保能夠達(dá)到計劃的精度要求。但是在相應(yīng)夾具的選擇上，往往容易出現(xiàn)工作人員，不能夠根據(jù)加工制品的材料屬性，選擇具有針對性的夾具，使之在操作的過程中出現(xiàn)了一些由于零件受力不均所導(dǎo)致的變形情況，大大降低了加工的精度。

2.2 切割角度

薄壁零件加工務(wù)須科學(xué)選定切割角度，例如在實際加工操作中，盡量由圓弧進(jìn)刀完成加工工序，切割角度避免對零件加工品質(zhì)構(gòu)成影響，且要盡可能地保證切割效率，如切割作業(yè)期間未能妥當(dāng)選定切割角度，往往易造成切割變形、零件摩擦損傷，嚴(yán)重的時候造成零件的報廢，甚至影響刀具使用周期。進(jìn)刀角度直接影響到切削質(zhì)量，銑削用量對成品品質(zhì)及切削性能可起到一定保證作用。選擇合理的切削深、寬參數(shù)，可增進(jìn)切削效能。以圓柱銑刀為例，刀具長度應(yīng)超出銑削深度。

2.3 走刀方式

影響加工精度的因素還涉及到走刀方式與路徑。立足數(shù)控加工實務(wù)，微調(diào)刀具軌跡與方式，有助于零件加工品質(zhì)的穩(wěn)定提升。其中：走刀方式涵蓋一次性/階梯式粗加工法。前者的走刀路徑又可分為蛇形走刀與單向往復(fù)走刀等方式。后者的走刀軌跡參考沿高線軌跡、加工等量進(jìn)行設(shè)計。走刀方式的調(diào)整可以彌補(bǔ)既往刀具軌跡的缺陷，藉由仿真模擬規(guī)避既往加工弊端，增進(jìn)加工效率。實務(wù)操作中，刀具沿x/y軸方向呈45°角切除多余金屬，兼具延長刀具使用周期和均勻切削余量等作用，保證成品品質(zhì)且縮短了后續(xù)需半精加工或精加工的加工時間。

2.4 工序工藝

數(shù)據(jù)加工零件的變形規(guī)律對加工質(zhì)量有重要作用，故梳理掌握加工零件變形規(guī)律，對于零件加工品質(zhì)存在直接參考價值。比如，依照變形規(guī)律微調(diào)修正定位基準(zhǔn)，因為定位基準(zhǔn)設(shè)置不合理會造成后續(xù)薄壁加工過程中零件表面質(zhì)量下降等問題。立足作業(yè)需求對零件定位面（元）的接觸點予以強(qiáng)化，避免零件加工產(chǎn)生劇烈振動，進(jìn)而提升加工精度使之臻于更高品質(zhì)，對數(shù)控加工工藝予以完善補(bǔ)充。

3? 薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量改進(jìn)方法

3.1靈活應(yīng)用仿真技術(shù)

薄壁零件數(shù)控加工分析適用計算公式：KU=F。式中：K指薄壁零件整體強(qiáng)度短距，F(xiàn)、U分別指加工期間零件負(fù)載列陣和變形問題。加工工序中對參數(shù)F、K作恰當(dāng)調(diào)整，有助于零件變形問題的解決。據(jù)此公式計算以及仿真模擬，可以科學(xué)選定零件材質(zhì)，使加工品質(zhì)提升獲得可靠支持。

3.2 優(yōu)化零件裝夾方式

零件加工品質(zhì)還受到裝夾方式的影響，故工藝預(yù)設(shè)尤其要注意將零件裝夾要求納入考量范圍。其一，結(jié)構(gòu)參數(shù)力求兼具緊湊、懸伸短等特性，藉由慣性力和回轉(zhuǎn)力矩等參數(shù)的調(diào)整，盡可能地提升加工精度。其二，同步操作平衡、配重，避免裝夾振動受到平衡、配重等因素的干擾，另外要求對裝夾方式和工藝安全性加以調(diào)整，促進(jìn)裝夾剛度、強(qiáng)度等技術(shù)指標(biāo)改善，確保零件加工環(huán)境更趨完備。同時，妥當(dāng)設(shè)置裝夾夾緊力以防止關(guān)鍵工序出現(xiàn)疏漏。

3.3 對零件裝夾進(jìn)行優(yōu)化

零件裝夾優(yōu)化與多項因素存在直接關(guān)聯(lián)。其一，裝夾使用方案優(yōu)化，方案設(shè)計要求獲取零件總體強(qiáng)度、變形風(fēng)險部位、受力方向優(yōu)化選項等多項技術(shù)參數(shù)，據(jù)此擬訂裝夾方案，且方案內(nèi)容應(yīng)當(dāng)涵蓋裝夾角度、位置等要素。其二，零件品質(zhì)也是影響裝夾效率提升的的關(guān)鍵因素。未干擾零件運(yùn)行的基礎(chǔ)上改進(jìn)提升零件強(qiáng)度、壁厚等參數(shù)指標(biāo)，選用恰當(dāng)材料以修復(fù)填充零件受損空缺部分，臨時性調(diào)整壁厚指標(biāo)，完成加工工序后再予去除。而且，對于裝夾的卡爪的材料，選擇硬塑或者鋁制卡爪等材料，有效控制了待加工零件的由于裝夾造成的變形量。

3.4 選擇合適的切割角度

薄壁零件加工務(wù)須選定恰當(dāng)?shù)那懈罱嵌纫员ＷC切割質(zhì)量，切割作業(yè)時應(yīng)注意借鑒零件加工參數(shù)以確定切割前/后的角度變化，進(jìn)而選定合適角度，對于不同的零件選擇不同的切割角度，輕微用力，將零件變形風(fēng)險約束在可控范圍以內(nèi)。例如對于需加工里孔或內(nèi)部凹槽的零件，盡量選擇較小的切割角度，減少刀具在接觸零件的瞬間的振動量，對于需加工外輪廓的薄壁件，切割角度盡量選擇切向方向或圓弧進(jìn)刀方式，減少由于數(shù)控機(jī)床間隙造成的薄壁件加工后的表面的刀紋。另外，還要關(guān)注切割主副偏角的恰當(dāng)設(shè)置，如零件強(qiáng)度偏弱，建議切割主偏角沿壁側(cè)90°切割，最大限度地避免零件摩擦損害。

工件變形應(yīng)當(dāng)預(yù)先納入加工基礎(chǔ)工序設(shè)計的考慮范疇。就薄壁零件來講，“輕、巧、精”是其優(yōu)化設(shè)計的基礎(chǔ)原則。剛度低，可能導(dǎo)致加工期間零件變形風(fēng)險加劇，應(yīng)酌情調(diào)整切削刀具前/后角度，盡可能地避免切削摩擦導(dǎo)致或加劇刀具變形風(fēng)險。

3.5 優(yōu)化加工工藝路線

零件數(shù)控加工品質(zhì)控制相當(dāng)程度上取決于加工工藝路線的選擇，由此應(yīng)立足專業(yè)視角加以剖析，由此擬訂科學(xué)規(guī)范的加工工藝流程。涉及到加工工藝流程設(shè)計，務(wù)須全方位地解析零件變形問題，依托有關(guān)技術(shù)理論優(yōu)化可能涉及到變形問題的加工步驟，且依據(jù)實驗驗證優(yōu)化成效。并分析零件受力情形調(diào)整加工方位，使之契合與元件的接觸情況，避免零件加工工序期間發(fā)生異常振動，由此損害零件加工品質(zhì)。加工路線設(shè)計建議統(tǒng)籌考慮零件強(qiáng)度等參數(shù)指標(biāo)，恰當(dāng)選定加工工具，據(jù)此提升加工效率，且降低廢品率。

3.6 優(yōu)化加工時的進(jìn)給速度

薄壁零件由于自身壁厚太薄易產(chǎn)生振動等特點，應(yīng)對伺服軸的進(jìn)給速度F進(jìn)行優(yōu)化。例如在粗加工的過程中，可以適當(dāng)提高F的數(shù)值，進(jìn)入到半精加工及精加工的過程中，要對進(jìn)給速度F的數(shù)值進(jìn)行調(diào)整，且在轉(zhuǎn)角的位置應(yīng)利用軟件進(jìn)行數(shù)值的優(yōu)化，不同半徑的R角對應(yīng)不同的進(jìn)給速度F值，以保證零件在加工的過程中，不會產(chǎn)生積屑等弊端，繼而危及加工品質(zhì)。

3.7 改進(jìn)傳統(tǒng)施工工藝

獲益于大數(shù)據(jù)、云計算、數(shù)控編程等新技術(shù)應(yīng)用，薄壁零件加工技術(shù)取得快速進(jìn)步。其一，首先，數(shù)控加工涉及到工序、參數(shù)的調(diào)整分析，統(tǒng)籌考慮作業(yè)流程，可優(yōu)化生成修正后加工方案。著重關(guān)注零件變形問題的解決，確保工藝品質(zhì)獲得提升。其二，借鑒其他工藝修正方法，依托云計算、編程應(yīng)用優(yōu)勢，為加工品質(zhì)奠定堅實基礎(chǔ)。妥當(dāng)規(guī)劃生產(chǎn)夾具、刀具工序作業(yè)，避免零件加工品質(zhì)受損。

4? 總結(jié)

零件裝夾、切削角度、走刀方式等諸多參數(shù)工序調(diào)整，對于薄壁零件數(shù)控加工品質(zhì)都存在有不同程度影響。依托仿真模擬模型對加工工序作調(diào)整分析，立足加工需求，優(yōu)化調(diào)整數(shù)控加工技術(shù)參數(shù)。藉由仿真技術(shù)修正調(diào)整既往加工流程中零件裝夾、切削步驟，可大幅削減零件數(shù)控生產(chǎn)成本，進(jìn)而改善提升薄壁零件制造品質(zhì)。零件加工工藝改進(jìn)修正是促進(jìn)薄壁零件生產(chǎn)品質(zhì)提升的重要途徑，由此愈發(fā)貼合現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展要求，適應(yīng)愈發(fā)嚴(yán)格的工業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，提高我國裝備制造業(yè)水平。

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