數(shù)控車加工薄壁組合零件工藝探討

摘 ?要：薄壁零件是數(shù)控加工中加工難度以及復(fù)雜性較高的零件，因為具備輕質(zhì)、結(jié)構(gòu)緊密、精度高以及成本低等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，但由于剛性差以及誤差要求嚴格的特點，對車削加工技術(shù)的要求極為嚴格，一直以來都是機械行業(yè)急需解決的一項技術(shù)難題。本文通過分析薄壁零件在加工時的特點以及問題，提出相應(yīng)的解決方案，同時對減少和防止薄壁零件加工變形的方法進行探究，以供參考。

關(guān)鍵詞：機械加工;數(shù)控車加工;薄壁組合零件;工藝

中圖分類號：TG547???? 文獻標識碼：A?????? 文章編號：2096-6903（2021）08-0000-00

隨著近年來我國機械行業(yè)的快速發(fā)展，數(shù)控車加工的范圍不斷擴大，薄壁組合零件也逐漸增多，該類零件在實際加工過程中一旦尺寸、精度以及形狀出現(xiàn)任何問題，都將成為廢品。為此，為提高薄壁零件的生產(chǎn)質(zhì)量以及效益，則需不斷改革和創(chuàng)新數(shù)控車加工工藝。以下將對數(shù)控車加工薄壁組合零件工藝存在的問題進行分析，并對提高薄壁零件加工精度進行探究，予以相應(yīng)的改善措施。

1薄壁零件加工過程中的特點、問題以及改善措施

薄壁零件因其質(zhì)輕、體積小、結(jié)構(gòu)緊密以及成本低的特性而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。特別是近幾年來，在產(chǎn)品小型化以及精密度提升的社會需求下，薄壁零件逐漸成為較多機械產(chǎn)品的主要零件。然而，由于薄壁零件自身存在的剛性差和壁面較薄的情況，使得在實際加工過程中容易出現(xiàn)變形，在一定程度降低了產(chǎn)品的質(zhì)量，且精度控制效果欠佳，不利于產(chǎn)品設(shè)計的同時也對薄壁零件的發(fā)展造成了一定的影響。為此，薄壁零件加工工藝的創(chuàng)新與改革已成為機械制造業(yè)急需解決的問題。為確保薄壁零件問題解決的合理性和科學(xué)性，則需首先對導(dǎo)致薄壁零件變形的原因有充分的了解和認識，再對其采取相應(yīng)的解決措施。目前薄壁零件在車削加工中，對其加工精度造成影響的因素主要包括有機床、刀具、工件及工件的裝夾、切削時的切削力以及切削熱等均會造成零件的加工誤差?？赡艹霈F(xiàn)的情況主要包括有以下幾點。

1.1工件精密度受工件結(jié)構(gòu)和材質(zhì)選用的影響

工件形狀的復(fù)雜程度以及薄壁的大小直接關(guān)系到變形量，且工件的穩(wěn)定性和剛性均與材質(zhì)成正比關(guān)系。因此，為盡可能的避免該類因素對工件加工造成影響，在實際加工前期需對零件的受力性進行分析，特別是薄壁零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，應(yīng)確保設(shè)計的嚴謹性，保證選用材料具備較好的硬度以及疏松度。

1.2薄壁零件受壓力影響容易發(fā)生變形

由于薄壁零件普遍存在壁面較薄的現(xiàn)象，致使整體工件的剛性較差，在經(jīng)受外力作用下極易產(chǎn)生較大的變動，對工件形狀產(chǎn)生較大影響的同時也會造成工件尺寸與原先設(shè)計存在較大偏差，最終淪為廢品。比如在工件加工的內(nèi)控環(huán)節(jié)夾具的夾緊力度通常較大，內(nèi)控會因受力不均勻而產(chǎn)生較大的變化，甚至能讓圓孔變?yōu)槿切?。加工結(jié)束后，經(jīng)夾具松開后取下的工件彈性會有所恢復(fù)，其外圓形狀又會恢復(fù)成圓形。此時，一旦內(nèi)徑側(cè)臉系數(shù)出現(xiàn)變化，則無法保障內(nèi)控形狀，甚至?xí)ぜw形狀產(chǎn)生影響。

1.3工件熱變形

薄壁零件在車削加工過程中，受切削作用普遍伴有較高的溫度，通常會出現(xiàn)不同程度的熱變形情況，繼而誰的零件的加工精度下降甚至是零件的是質(zhì)量不達標。另外，因工件壁部剛性較差，受高溫影響后工件尺寸的控制難度加大。此外，在進行膨脹系數(shù)較大的金屬工件加工時，受高溫影響除了發(fā)生形變外，還可能會出現(xiàn)工件卡死在夾具上面的情況。

1.4振動變形

振動變形主要表現(xiàn)為薄壁零件經(jīng)切削力和反震力作用后，與整個車床一同發(fā)生振動，最終導(dǎo)致工件整體形狀、尺寸以及表面精度發(fā)生較大的變化。

1.5工件裝夾過程中產(chǎn)生的變形

薄壁零件在數(shù)控車加工時為達到原先設(shè)計的標準要求，應(yīng)合理選用夾具，同時還應(yīng)根據(jù)夾具的特性設(shè)定合理的夾緊力度。為此，薄壁零件在實際加工時，應(yīng)保證夾緊點與支撐點相同，且夾緊點應(yīng)盡可能的接近加工表面，避免在不均勻外力作用下工件整體出現(xiàn)變形。

此外，在加工時為有效防止工件因加工而發(fā)生變形，往往需要增加工件與夾具之間的接觸面積，從而有效降低夾具對零件的擠壓力度。例如，在銑削加工薄壁零件時采用大量的彈性壓板，能有效的增加零件的受力面積;在車削薄壁套的內(nèi)徑和外圓過程中，采用簡單的開口過渡環(huán)、彈性芯軸或整弧卡爪，其目的都是為了增加零件的受力面積。該類做法因有效的承載了夾緊力，極大程度上的降低了工件的變形概率。其中利用軸向夾緊力來避免零件發(fā)生變形的做法目前已被廣泛應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)中。另外，還可通過專用夾具的設(shè)計和制作來確保夾緊力作用于端面上，從而更好的解決工件剛性差以及因薄壁而出現(xiàn)的工件變形問題。

1.6工件加工過程中發(fā)生的變形

工件在切削過程中受切削力的影響，會產(chǎn)生沿受力方向的彈性變形。因此在精加工時，應(yīng)確保刀具足夠鋒利，盡可能的降低工件與刀具之間存在的阻力，提升刀具在切削過程中的散熱性。

工件加工時與刀具之間摩擦所產(chǎn)生的熱量也會造成工件變形，因此應(yīng)盡可能的選用高速切削加工。高速切削加工時，切屑能在短時間內(nèi)被切除干凈，絕大部分的切削熱能與切屑一同消除，有效避免工件出現(xiàn)熱變形。另外，因切削層材料被軟化的部分會高速切削時會有所減少，能減少零件的加工變形，更好的保障零件尺寸加工以及形狀的精準度。

1.7加工后的應(yīng)力變形

薄壁零件經(jīng)加工后通常外形較為穩(wěn)定，然而零件本身內(nèi)部存在著一定的內(nèi)應(yīng)力。雖然內(nèi)應(yīng)力的分布通常較為穩(wěn)定，但在部分材料去除以及熱處理之后，還是會出現(xiàn)變化。而工件為重新達到平衡，其外形會發(fā)生一定的變化。

針對此類變形的解決，通常采用熱處理方式。（1）將需要校直的工件疊成一定高度，利用一定工裝壓緊成平直形態(tài)。（2）將工件和工裝一同放置于加熱爐中，結(jié)合不同零件材料，設(shè)定不同的加熱溫度和加熱時間。工件內(nèi)經(jīng)熱校直后通常會較為穩(wěn)定。同時，工件在具備較高直線度的同時，其相應(yīng)的加工硬化情況也能有效去除，有利于零件后期精密加工的開展。鑄件應(yīng)進行時效處理，盡可能的去除內(nèi)部的殘余應(yīng)力，選用變性后再加工的處理方式。針對大型零件則需采取仿形加工，也就是提前預(yù)估工件裝配后會出現(xiàn)的變形量，加工時在反方向預(yù)留出一定的變形量，從而有效避免零件經(jīng)裝配后出現(xiàn)變形。

此外，薄壁組合零件的加工工藝還會受到人為因素的影響，假若在加工過程中，作業(yè)人員并未按照相關(guān)標準要求開展作業(yè)，會造成最終零件的精度不符合標準要求，另外，在加工過程中如若沒有及時處理切割過程中產(chǎn)生的碎屑和垃圾，也會對設(shè)備的使用造成一定的影響，繼而對儀器設(shè)備的精準度造成影響。

2減少和防止薄壁件加工變形的措施

2.1工件分粗、精車階段

因粗車時工件的切削余量較大，其相應(yīng)的夾緊力也較大，隨之產(chǎn)生的變形也較大。而精車過程中，夾緊力普遍較小，相應(yīng)的變形也較小，同時還能避免粗車時因切削力過大所造成的變形。

2.2合理設(shè)定刀具的幾何參數(shù)

目前大多數(shù)機械加工企業(yè)中，刀具選用的是否合理直接關(guān)系到加工零件的質(zhì)量和效率，同時也對保障作業(yè)人員安全性起到了一定的作用。為此，在實際加工過程中應(yīng)注重對刀具的選擇。經(jīng)相關(guān)數(shù)據(jù)分析現(xiàn)實，目前選擇刀具時應(yīng)參考的因素主要包括有薄壁組合零件的具體尺寸、形狀、刀具的原材料屬性以及加工環(huán)境等。

精車薄壁工件時，對刀柄的剛度要求通常較高，車刀的修光刃應(yīng)控制在0.2-0.3mm范圍內(nèi)，同時還應(yīng)確保刀刃足夠鋒利。

2.3增加裝夾接觸面積

選用特制的軟卡爪或開縫筒來合理增加裝夾接觸面積，確保夾緊力在工件上的分布均勻性，從而有效避免工件在夾緊過程中產(chǎn)生的變形。

2.4選用軸向夾緊夾具

薄壁零件加工時，應(yīng)盡可能的避免使用徑向夾緊夾具，而應(yīng)優(yōu)先選用軸向夾緊夾具。工件靠軸向夾緊套的端面進行軸向夾緊。因夾緊力分布于工件軸向，而工件軸向的剛度通常較大，不易因夾緊發(fā)生變形。

2.5合理采用切削液

為避免工件受熱變形，應(yīng)合理降低切削溫度，因此在切削開始前應(yīng)注意選擇和加注切削液。粗加工時，可采用冷卻性較好的切削液（如硫化極壓乳化油、極壓乳化油等）。精加工時，可采用具備一定潤滑功能和冷卻性能較好的切削液（如礦物油加煤油、硫化油加煤油燈）。

3數(shù)控車削薄壁零件參數(shù)設(shè)定

數(shù)控車床對薄壁零件加工具備較大的優(yōu)勢，針對壁厚薄、直徑小和長度短的薄壁零件，能一次性車削成型。合理設(shè)定刀具參數(shù)，能有效提升刀具的使用時限，同時有利于提升工件的加工質(zhì)量，因此，在設(shè)定刀具角度時，應(yīng)避免夾持在薄壁位置。粗車時，由于切削力較大，需重點考慮刀具的強度和耐用度，在不影響刀具強度的基礎(chǔ)上，合理增大前、后角。另外，還可通過在主切削刃上負倒棱來提升刀頭強度，提高刀具的耐磨性。

4數(shù)控車加工薄壁組合零件工藝案例

經(jīng)詳細的結(jié)構(gòu)分析，需生產(chǎn)的薄壁組合零件（圖1）分為三部分。其第一部分其內(nèi)外輪廓的加工方式為先內(nèi)后外加工方式，在加工過程中應(yīng)注意零件的內(nèi)凹半圓、懸臂和外凸半圓加工時刀具對的選擇。針對第一部分的裝夾可選用一夾一頂?shù)姆绞介_展掉頭裝夾，以確保右邊外輪廓外圓尺寸的大直徑58mm、小直徑48mm，外螺紋大直徑為23mm、小直徑為16mm。另外，在不拆除零件第一部分的基礎(chǔ)上，利用螺紋連接的方式來連接第二部分，然后再開展第二部分外輪廓的加工，加工全過程中其相應(yīng)的尺寸數(shù)據(jù)均需符合標準要求。

需生產(chǎn)的薄壁組合零件第二部分的內(nèi)外輪廓，在內(nèi)孔加工時需保證其外輪廓的圓尺寸直徑為70mm，再保證內(nèi)輪廓大直徑為48mm、小直徑為23mm。另外，應(yīng)確保其螺紋與薄壁組合零件第三部分相符，確保其精度滿足標準需求。

該零件第三部分在外輪廓加工過程中，首應(yīng)保證外輪廓的圓尺寸大直徑為58mm、小直徑為52mm;在內(nèi)輪廓加工時，需保證內(nèi)輪廓的內(nèi)錐孔以及內(nèi)孔尺寸的大直徑為48mm、小直徑為23mm。在小直徑為32mm的情況下借助掉頭裝夾對其內(nèi)孔表面進行校正，在保障所有數(shù)據(jù)準確的基礎(chǔ)上，科學(xué)加工第三部分左邊的內(nèi)錐孔和外輪廓。

薄壁組合零件加工完成后，需對零件第一部分進行拆除處理，借助第二部分的外圓來校正第一部門的內(nèi)輪廓，以保證第一部分內(nèi)輪廓的尺寸滿足標準要求，然后將第三部分零件與第一部門進行適配，以確保各個零件的精度滿足標準要求。同時，在各零件拆除后，還應(yīng)進行相應(yīng)的去倒棱處理，并仔細檢查相應(yīng)的各項參數(shù)數(shù)據(jù)。

5結(jié)語

近年來，薄壁零件因其所具備的結(jié)構(gòu)緊密、質(zhì)輕以及生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。但由于薄壁零件存在的強度低和剛性差的特性，也使得其加工難度較大，在實際加工過程中一旦出現(xiàn)尺寸不符合標準的現(xiàn)象將直接成為廢品。此外，數(shù)控車加工薄壁組合零件的過程普遍較為繁雜，加工的各個環(huán)節(jié)都需予以足夠的重視。為有效避免薄壁組合零件在加工過程中受工件結(jié)構(gòu)和材質(zhì)選用、壓力影響、熱影響、振動、裝夾影響以及加工過程中所發(fā)生的變形，在實際加工過程中則應(yīng)重視對相應(yīng)材料的選用，工件分粗、精車階段加工，合理選擇相應(yīng)的加工刀具并設(shè)定適宜的幾何參數(shù)，采用特質(zhì)的軟卡爪或開縫套筒來科學(xué)增大裝夾接觸面積，優(yōu)先選用軸向夾緊夾具，將夾緊力沿剛性較大的工件軸向分布，并合理采用切削液，避免工件受熱變形，盡可能的減少和防止薄壁件加工變形。嚴格按照薄壁組合零件圖紙設(shè)計標準要求開展相關(guān)加工，確保零件參數(shù)精準度的同時也能有效提升加工效率。

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收稿日期：2021-05-20

作者簡介：劉瑩盈（1981—），女，云南昆明人，本科，講師，研究方向：數(shù)控車床編程與技能訓(xùn)練一體化課、機械制圖、機械基礎(chǔ)、公差與配合等理論課。

Discussion on the Technology of NC Turning Thin Wall Composite Parts

LIU Yingying

（KKunming Advanced Tehnical School， Kunming Yunnan? 650000）

Abstract： Thin walled parts are difficult and complex parts in NC machining. Because of their advantages of light weight， compact structure， high precision and low cost， they are widely used in industrial production. However， due to the characteristics of poor rigidity and strict error requirements， the requirements for turning processing technology are extremely strict， It has always been an urgent technical problem in the machinery industry. This paper analyzes the characteristics and problems of thin-walled parts in processing， puts forward the corresponding solutions， and explores the methods to reduce and prevent the processing deformation of thin-walled parts for reference.

Keywords： machining; CNC machining; thin wall assembly parts; technology