薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量改進(jìn)方法

郁晗

（無(wú)錫工藝職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 宜興 214200）

0 引言

數(shù)控技術(shù)在薄壁件加工中的應(yīng)用日益成熟，極大地促進(jìn)了我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展。但是，就薄壁零件加工現(xiàn)象而言，存在薄壁零件加工不良率高、質(zhì)量差等一系列問(wèn)題，從我國(guó)制造業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)看是非常不利的[1]。因此，數(shù)控技術(shù)在薄壁件加工中的應(yīng)用，應(yīng)為加工技術(shù)質(zhì)量的不斷提高奠定基礎(chǔ)。機(jī)械零件的加工過(guò)程由多個(gè)部分組成，其機(jī)械工藝的研究對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有重要意義。目前，由于我國(guó)高密度機(jī)械廠的發(fā)展已不能滿足實(shí)際發(fā)展的需要，我國(guó)制造商的生產(chǎn)正逐步向高精度發(fā)展轉(zhuǎn)變[2-3]。目前的機(jī)械技術(shù)是自動(dòng)化、智能化，另外，為了保證機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量，降低機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)和研發(fā)成本，提高機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，機(jī)械零件的工藝過(guò)程應(yīng)該重點(diǎn)研究[4]。

1 薄壁零件數(shù)控加工工藝的探究

1.1 加工工藝分析

在數(shù)控生產(chǎn)過(guò)程中一些薄膜零件的質(zhì)量分析初期，可以看出，一些薄壁零件獨(dú)特的結(jié)構(gòu)尺寸和高精度的質(zhì)量要求嚴(yán)重影響了工藝流程。此外，一些薄壁件的質(zhì)量問(wèn)題，如結(jié)構(gòu)剛度低、易變形等問(wèn)題更為突出，這使得CNC生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)薄壁件的質(zhì)量要求更加嚴(yán)格。

1.2 加工工具分析

在用數(shù)控加工設(shè)備加工各種薄壁零件的同時(shí)，為了有效保證薄壁零件數(shù)控加工作業(yè)的質(zhì)量，刀具的選擇對(duì)于工作的順利開(kāi)展非常重要。用戶在選擇和使用特定產(chǎn)品的過(guò)程中，需要對(duì)所用工具的實(shí)際工作型號(hào)、零件和技術(shù)指標(biāo)等各方面進(jìn)行詳細(xì)分析，以有效保證工作精度、強(qiáng)度、尺寸比和穩(wěn)定性。在此研究的基礎(chǔ)上，各種薄壁套筒式刀具的設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)據(jù)應(yīng)結(jié)合其他模型進(jìn)行分析，并在設(shè)計(jì)中增加薄壁刀具設(shè)計(jì)切入次數(shù)，提高薄壁刀具CNC加工工藝的真實(shí)性和可靠性[5]。

2 機(jī)械加工薄壁零件的特點(diǎn)

在薄壁零件加工過(guò)程中，必須注意影響精度的因素，確保滿足加工的預(yù)期要求，制定更完整的薄壁零件加工計(jì)劃。以下是影響加工精度的主要因素：

（1）工具的基本質(zhì)量。刀具的質(zhì)量和使用的難易程度直接影響到加工操作的效率。外力對(duì)刀具的影響和變形程度也有影響。

（2）機(jī)床的幾何精度和剛性。作為一個(gè)基本參數(shù)，整體水平對(duì)薄壁零件的加工質(zhì)量有不同程度的影響。

（3）夾具的基本結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度。在加工薄壁零件時(shí)，裝夾方法也起著不同的作用。

（4）切削過(guò)程中冷卻液的成分。

3 影響薄壁零件質(zhì)量的因素分析

3.1 切割方式的選擇

在切割薄壁零件時(shí)，必須選擇合理的切割方法，避免對(duì)零件加工工藝的質(zhì)量造成影響。因此，應(yīng)結(jié)合薄壁零件的實(shí)際要求，選擇科學(xué)的切削方法，從而提高零件的切削精度，例如，在粗加工薄壁零件的過(guò)程中，選擇“漸進(jìn)式”加工方法，可以確保切刀運(yùn)動(dòng)軌跡的標(biāo)準(zhǔn)化，提高切割的均勻性。

3.2 零件精度受夾緊影響

零件的精度受零件本身剛度的影響，薄壁零件的加工需要選擇合適的裝夾位置并考慮零件的受力和應(yīng)變。現(xiàn)在有專門的扣件來(lái)減少安裝造成的變形，但還是存在影響因素。因此需要提高零件材料的剛度，以減少夾緊的影響，這要從材料的選擇和制造開(kāi)始，由于成本相對(duì)較高，工藝復(fù)雜，通常在加工過(guò)程中添加一些厚涂層。裝夾工具對(duì)各種加工零件通用，不是為其他零件設(shè)計(jì)的，特別是薄壁零件的加工，各種外觀都難以匹配，只能勉強(qiáng)裝夾，造成加工過(guò)程打滑和受力不均變形。

3.3 切割精度受切割參數(shù)影響

在實(shí)踐中，切削力已被證明受多種因素的影響，當(dāng)控制其他幾何參數(shù)而不改變它們時(shí)，切削角度對(duì)零件變形的影響最大。通過(guò)適當(dāng)改變切口的前后角度，可以有效地減少摩擦和變形，降低零件的誤差，確保零件的加工精度得到有效提高。在確定刀具的幾何參數(shù)時(shí)，切削速度、進(jìn)給率和切削寬度對(duì)切削精度的影響較大，主要是這些切削參數(shù)的變化根據(jù)材料的不同產(chǎn)生不同的影響，并且影響摩擦力，在加工過(guò)程中難以將材料的變形精確控制在一定范圍內(nèi)，是目前機(jī)床加工技術(shù)中需要改進(jìn)的領(lǐng)域。

3.4 切割方式和路徑的影響因素

在加工薄壁零件時(shí)，對(duì)加工精度和工藝質(zhì)量影響較大的因素包括走刀路徑和走刀方式。傳統(tǒng)的切割方法通常使用粗刀完成一次處理，然后進(jìn)行修復(fù)。這種切割方式在達(dá)到工件的精度上有一定的難度，而且如果切割方式比較粗糙，后期修正的難度就增加了，增加了工作時(shí)間、人力和物力，難度較大，確保滿足高質(zhì)量的加工要求。在加工薄壁零件時(shí)，由于零件變形而無(wú)法隨時(shí)間改變刀具路徑會(huì)增加零件的變形，這與傳統(tǒng)工裝方法的單一局限性有關(guān)。在改進(jìn)CNC加工工藝時(shí)，要注意運(yùn)動(dòng)，刀模和路徑的優(yōu)化設(shè)計(jì)，便于實(shí)際工作中及時(shí)更換，減少零件變形程度。

4 薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量的改進(jìn)方法

4.1 保證工藝流程設(shè)計(jì)的科學(xué)性

將數(shù)控技術(shù)應(yīng)用于薄壁件的加工，可以在提高零件加工效率的基礎(chǔ)上，保證薄壁件的加工質(zhì)量?？梢哉f(shuō)，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于實(shí)現(xiàn)零件加工的自動(dòng)化、智能化是非常必要的。與常規(guī)加工技術(shù)相比，數(shù)控加工技術(shù)可以有效降低加工誤差，提高鈑金件的生產(chǎn)質(zhì)量。在設(shè)計(jì)加工工藝之前，需要先分析受力條件，查找導(dǎo)致零件變形的因素，然后進(jìn)行基面切割，為后續(xù)零件的順利切割提供保證。因此，要提高薄壁零件的加工質(zhì)量，必須根據(jù)實(shí)際需要，不斷改進(jìn)零件加工計(jì)劃。

4.2 改進(jìn)零件裝夾方式，優(yōu)化零件裝夾方案

在CNC加工中，零件的內(nèi)載荷和夾緊力也是直接影響薄壁零件質(zhì)量和工件零度的重要因素。對(duì)于一些剛性較小的大型薄件，如果在加工薄壁件時(shí)夾緊力過(guò)大，薄壁件全數(shù)控加工時(shí)就會(huì)產(chǎn)生與零件夾緊力相對(duì)應(yīng)的承載力。一般情況下，需要注意支撐力和夾緊力的零件加工強(qiáng)度的位置不同，一般薄壁零件的加工剛度較小，因此需要持續(xù)支撐軸承力，提高薄壁零件的加工強(qiáng)度。因此，如果支撐力作用在薄弱部位的薄壁面上，則應(yīng)提高薄壁部位的加工強(qiáng)度，相應(yīng)地，夾緊力是為了降低薄壁部位的剛度。所以在某種程度上，夾緊的力必須施加在剛度較大的薄壁零件的薄壁面上[6-7]。這樣，在具有不同變形強(qiáng)度的材料零件的整個(gè)表面上提供整個(gè)夾緊承載力和總承載力的合理分布，可以科學(xué)合理地控制，并且是基于傳統(tǒng)的數(shù)控。通過(guò)控制、人工控制進(jìn)行各種減薄，墻體整體強(qiáng)度變形潛力最大，控制措施安全可行、科學(xué)合理，對(duì)有效控制各種薄壁變形非常有效。另外，還需要進(jìn)一步優(yōu)化裝夾轉(zhuǎn)移位置和裝夾工具，在使用裝夾卡輔助裝夾之前，要對(duì)被夾持工件的輔助裝夾轉(zhuǎn)接位置進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析，以及不同的應(yīng)力和變形為了對(duì)工件進(jìn)行更專業(yè)的分析，在工件施工時(shí)可以考慮使用更先進(jìn)的工件夾緊傳動(dòng)裝置和傳動(dòng)比，如電動(dòng)膨脹套、輔助夾緊支架和擋圈等，以盡量減少夾緊傳動(dòng)裝置與工件裝夾時(shí)因應(yīng)力誤差可能產(chǎn)生的工件大應(yīng)力應(yīng)變，以進(jìn)行必要的工件加工應(yīng)力支撐。

4.3 提高切割精度

切割角度或切割方式的選擇直接影響切割精度。使用CNC技術(shù)加工薄壁零件時(shí)，必須先對(duì)零件進(jìn)行夾緊，然后再進(jìn)行切割。這很容易使零件變形并對(duì)后續(xù)加工操作的開(kāi)發(fā)產(chǎn)生負(fù)面影響。隨著零件變形，預(yù)設(shè)的切割路徑會(huì)發(fā)生變化。為防止上述問(wèn)題的發(fā)生，應(yīng)注意以下3點(diǎn)。

（1）根據(jù)被加工零件的物理特性計(jì)算裝夾時(shí)的角度和力，以減少變形量。

（2）選擇合適的支撐點(diǎn)，使夾緊操作不會(huì)損壞表面剛度低的零件。

（3）注意誤差計(jì)算，及時(shí)修正切削加工路徑偏差，降低薄壁件加工不良率。

4.4 建立最優(yōu)數(shù)控車床加工方案

在薄壁零件加工過(guò)程中，很多誤差因素是不可避免的，所以要盡可能減少對(duì)零件加工的影響。另外，要制定最佳方案，必須全面考慮所有參數(shù)，這是為了保證薄壁件的CNC車削質(zhì)量的關(guān)鍵。生產(chǎn)前，加工人員應(yīng)分析零件的加工圖，根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的加工程序和刀具，然后詳細(xì)細(xì)化加工位置、刀具角度和方向、余料方向，提高加工精度。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，加工技術(shù)的發(fā)展非常迅速，極大地推動(dòng)了數(shù)控加工行業(yè)的快速發(fā)展，也被應(yīng)用于航空航天、機(jī)械制造等主要機(jī)械加工行業(yè)。目前，人們對(duì)薄壁件數(shù)控加工的要求不斷提高，要求比以往任何時(shí)候都更好的質(zhì)量，以滿足現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)的當(dāng)前需求。談到薄壁零件的CNC加工，影響加工過(guò)程質(zhì)量的因素有很多，包括零件裝夾、切削角度、切削方法和路徑、加工路徑等。需要在掌握這些要素的同時(shí)，了解如何提高加工技術(shù)，促進(jìn)行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。