機(jī)械加工中數(shù)控車加工薄壁組合零件工藝探討

儲(chǔ)勝國

摘要：伴隨時(shí)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(huì)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(diǎn)與難點(diǎn)，同時(shí)分析數(shù)控加工中必須注意的內(nèi)容，同時(shí)從工藝以及加工兩個(gè)方面論述薄壁零件的加工具體流程。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工;數(shù)控車;薄壁組合零件

中圖分類號(hào)：TG6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：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(yán)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(dá)標(biāo)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(jì)、加工機(jī)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(jī)床可以依照預(yù)定的設(shè)計(jì)完成成品的達(dá)標(biāo)生產(chǎn)，加工人員在編寫程序之前，必須針對(duì)零件設(shè)計(jì)合理的圖紙并開展更為細(xì)致的工藝分析，可以更為方便地確認(rèn)零件加工的技術(shù)要點(diǎn)以及難點(diǎn)。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(diǎn)。

1? 薄壁組合零件加工的特點(diǎn)

薄壁組合零件在加工期間，最為困難的環(huán)節(jié)是因?yàn)楸”诮M合零件的特點(diǎn)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(dòng)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(huì)產(chǎn)生一定程度形變，進(jìn)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(dá)標(biāo)，甚至?xí)?dǎo)致加工中斷。另外，加工期間，將會(huì)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(xiàng)

2.1 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)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(duì)零件圖的繪制要求更為嚴(yán)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(jìn)而開展對(duì)應(yīng)的研究與分析，針對(duì)存在的誤差予以相應(yīng)的補(bǔ)償與矯正，以免在制造期間需要重復(fù)加工，進(jìn)而引發(fā)不必要的經(jīng)濟(jì)損失。另外，步驟設(shè)計(jì)方面，還需要更為周密細(xì)致，所有流程的設(shè)計(jì)必須能夠經(jīng)受現(xiàn)實(shí)環(huán)境的考驗(yàn)。

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(duì)加工零件的研究、刀具材質(zhì)以及當(dāng)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(shí)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(duì)加工人員自身生命安全的負(fù)責(zé)，以免由于刀具選擇不當(dāng)而造成人員受傷或是引發(fā)更為嚴(yán)重的后果。

刀具合理選用至關(guān)重要，特別是在實(shí)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(qiáng)度、高硬度特點(diǎn)，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(duì)刀具本身特征有更高且更為嚴(yán)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(duì)惡劣的環(huán)境之中，依舊能夠正常工作。針對(duì)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(qiáng)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(duì)更多的待加工面開展加工，由于每次裝夾都需要重新校對(duì)刀具的位置，若是多次重復(fù)校對(duì)刀具位置，必然會(huì)導(dǎo)致時(shí)間被大量浪費(fèi)，降低加工效率，為此，需要盡量降低刀具位置校對(duì)次數(shù)，以縮減加工零件所需要的時(shí)間，盡可能節(jié)省成本。

2.4 對(duì)刀與刀具更換

加工人員個(gè)人操作技能的熟練程度與加工時(shí)長呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即加工人員熟練度越高，所需要耗費(fèi)的時(shí)間越少，對(duì)刀以及刀具更換如能熟練操作，可以節(jié)省大量時(shí)間，為零件加工提供了時(shí)間的保證。然而，在時(shí)間減少的狀況下，還需要重視該項(xiàng)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(shí)際操作期間，操作者將結(jié)合實(shí)際情況對(duì)刀具位置加以調(diào)節(jié)，故而，加工人員在實(shí)際操作過程中如果發(fā)現(xiàn)刀具位置不合理，必須及時(shí)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(diǎn)、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(shí)際中得到極為廣泛的運(yùn)用。特別是近幾年來，伴隨人們對(duì)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(jī)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(duì)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(jì)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(dāng)前機(jī)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(shí)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(duì)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(duì)薄壁零件加工所產(chǎn)生的負(fù)面影響，技術(shù)人員在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中需要針對(duì)零件的受力能力予以充分的考慮，特別是針對(duì)薄壁零件結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)，并管控毛坯質(zhì)量，確保毛坯不會(huì)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?yàn)閴毫Χa(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?yàn)楸诤襁^薄而導(dǎo)致其整個(gè)工件的剛性大幅降低，當(dāng)其遭受外部壓力的干擾必定會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的變形，不僅導(dǎo)致工件整個(gè)外形產(chǎn)生明顯的變化，同時(shí)也會(huì)令工件體積和預(yù)估標(biāo)準(zhǔn)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?yàn)檠b夾的夾緊力過大，工件自然會(huì)因?yàn)槭芰Σ痪鶆蚨a(chǎn)生明顯的改變，甚至能夠讓圓孔轉(zhuǎn)變?yōu)槿切巍６?jīng)過加工之后，夾具完全松開時(shí)，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(shí)，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(huì)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(huì)產(chǎn)生極高的溫度，因?yàn)楣ぜ”趧傂圆蛔?，處于高溫狀態(tài)下，可能會(huì)導(dǎo)致零件的規(guī)格難以管控，而對(duì)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(dá)到預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)，在夾具選用方面必須保證合理性，同時(shí)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(diǎn)必須保持一致，使得夾緊點(diǎn)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(qiáng)對(duì)工件形成的形變的控制，一般都需要適當(dāng)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(duì)零件產(chǎn)生較大的擠壓力，進(jìn)而導(dǎo)致工件產(chǎn)生形變。例如，對(duì)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(duì)工件進(jìn)行固定，該目標(biāo)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?yàn)槌袚?dān)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(jì)專門的夾具，以避免工件因?yàn)閯傂圆患?、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?yàn)楣ぜ谇邢髌陂g會(huì)受到切削力的影響，進(jìn)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?yàn)槟Σ了纬傻臒崮芤矔?huì)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(huì)在短時(shí)間內(nèi)被清除掉，許多切削熱會(huì)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(gè)階段。因?yàn)榇旨庸に纬傻挠嗔枯^大，且夾緊力較強(qiáng)，形變自然而然增加。精加工過程中，夾緊力自然降低，不會(huì)產(chǎn)生顯著的形變，同時(shí)能夠消除粗加工過程中因?yàn)榍邢髁^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(gè)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(duì)薄壁工件進(jìn)行粗加工過程中，對(duì)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(yùn)用軸向夾緊夾具。盡量選擇軸向夾緊夾具對(duì)薄壁工件進(jìn)行裝夾，工件通過軸向夾緊夾具完成夾緊，因?yàn)閵A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(kuò)大裝夾接觸面積。加工人員可以適當(dāng)運(yùn)用一些專用設(shè)計(jì)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(huì)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(duì)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(shí)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(shí)通過運(yùn)用軸向夾緊夾具以及擴(kuò)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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