薄壁組合零件的數(shù)控車加工工藝

黎秋堅

摘要： 目前我國逐漸用自己生產(chǎn)制造的數(shù)控車進行生產(chǎn)，然而在生產(chǎn)過程中總會出現(xiàn)各種問題，在數(shù)控車加工薄壁組合零件工藝中，就會出現(xiàn)各種問題。對此，本文就薄壁組合零件的數(shù)控車加工工藝展開論述，總結(jié)數(shù)控加工期間的注意事項難點，闡述數(shù)控加工期間的注意事項，分析數(shù)控加工期間的存在的各種問題，在此基礎(chǔ)上引入實例，以期能為更多研究工作者提供有價值的借鑒。

Abstract： At present， China gradually uses its own production of CNC car for production， but there are always various problems in the production process， in the process of CNC car processing thin-wall composite parts， there will be various problems. Combination to this， in this paper， the thin-walled parts of car nc processing technology， summarizes the matters needing attention during the nc machining difficulty， expounds the matters needing attention during the nc machining， analysis during the nc machining of various problems， on the basis of introducing examples， in order to provide valuable reference for more research workers.

關(guān)鍵詞： 薄壁組合零件;數(shù)控車加工;加工工藝

Key words： thin-wall composite parts;CNC machining;processing technology

中圖分類號：TG5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）01-0091-03

0 ?引言

數(shù)控加工作為零件生產(chǎn)的重要模式，涉及多個環(huán)節(jié)，需要相關(guān)部門、員工給予足夠高的重視。從最開始的圖紙設(shè)計到具體的項目實施、產(chǎn)品交付，必須按照基本規(guī)范進行生產(chǎn)。在此過程中，生產(chǎn)部門還要綜合考量其他方面對生產(chǎn)環(huán)節(jié)的影響，如：工藝圖紙繪制、零件標(biāo)注誤差、加工機床及刀具的選用等，確保工作的順利進行。針對上述內(nèi)容，有關(guān)人員在對零件加工程序進行設(shè)計時，要明確不同零件加工的難點，選擇合適加工方式，降低資源損耗的同時，提升生產(chǎn)工作的整體質(zhì)量?；诖?，本文將從以下幾個方面進行闡述，以期為該領(lǐng)域?qū)＜已芯刻峁┯袃r值的借鑒。

1 ?薄壁組合零件加工的難點

1.1 薄壁件的特性

與一般零件相比，薄壁組合零件具有零件輕、省資源等特點，在各個領(lǐng)域均有體現(xiàn)。但在實際加工時，薄壁組合零件具有不穩(wěn)定、易變性等特性，而這也是加工過程應(yīng)注重的問題。從其結(jié)構(gòu)來看，薄壁組合零件硬度低，易受壓力、溫度等因素影響而產(chǎn)生形變，既會影響零件整體尺寸，也會降低其在機械設(shè)備中的具體運行情況，進而造成不必要的損失。此外，機床加工時會因為夾具、刀具的相互碰撞而產(chǎn)生振動，遇到大力切削的情況下，極易使零件震動而產(chǎn)生變形，影響零件形狀、精度的同時，增加安全隱患。

1.2 刀具的選擇

薄壁組合零件加工的另一個難點在于刀具的選擇。作為零件質(zhì)量的關(guān)鍵，刀具的選擇需要結(jié)合多個方面。

首先，要明確加工零件特性，就薄壁組合零件來說，刀具要以選擇硬度適中、高精度、低頻率為主，避免因高振動而造成零件尺寸的偏差，影響零件整體質(zhì)量;

其次，要對工作環(huán)境、工作頻率進行分析，對于長時間運行的設(shè)備，需要選擇硬度高、造價中等的刀具，一方面，降低人員檢修、更換刀具頻率，保證生產(chǎn)效率;另一方面，提高員工工作環(huán)境安全性，減少因刀具磨損斷裂而造成的生產(chǎn)事故。

2 ?數(shù)控加工期間的注意事項

2.1 圖紙設(shè)計方面

當(dāng)今社會背景下，生產(chǎn)技術(shù)的不斷成熟，數(shù)控加工技術(shù)逐漸出現(xiàn)在各個領(lǐng)域，對零件圖紙各方面要求也更為嚴(yán)苛。作為零件生產(chǎn)、加工的重要參考，零件圖紙能夠幫助生產(chǎn)人員更直觀地掌握零件各個部分加工要求，進而開展針對式生產(chǎn)，降低資源浪費的同時，提高零件整體質(zhì)量。與此同時，為避免重復(fù)加工生產(chǎn)而造成的資源浪費，有關(guān)人員還應(yīng)對圖紙進行標(biāo)注、劃分，落實到每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，保證工作有序、高質(zhì)量進行。

2.2 刀具的選用

薄壁組合零件加工難以解決的問題便是刀具的選用。刀具選擇得合適與否，直接決定了零件整體尺寸與精度。對此，有關(guān)人員除了明確薄壁組合零件自身特性以外，還要從多方面進行綜合考究，具體包括：刀具自身特性、工作環(huán)境、設(shè)備運行狀態(tài)等，選擇最為合適刀具，提高工作效率的同時，保證零件產(chǎn)品的綜合質(zhì)量。例如，針對形式簡單的零件，可以以高強度為特點選擇刀具，如：外圓車刀、金剛石車刀;對于一些高精度零件，則可選用一些合金刀具。除此之外，刀具的選擇與生產(chǎn)人員人身安全有著密切的聯(lián)系，特別是身處一線的生產(chǎn)人員，他們需要定期對刀具進行檢修。通常情況下，刀具的選擇應(yīng)具備高強度、高硬度、造價低等特點，既能保證零件質(zhì)量，又要降低對其他設(shè)備的損耗。另外，刀具本身應(yīng)具備優(yōu)秀的斷屑水平以及抗脆性，降低刀具碎屑進入機械設(shè)備而造成的短路，提高設(shè)備使用年限。對此，在刀具的選擇上，有關(guān)人員要立足工作基本流程，明確各個環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系，針對加工項目，選擇合適的刀具，提高設(shè)備環(huán)境適應(yīng)力的同時，保證零件生產(chǎn)效率。

2.3 裝夾方法

為進一步提高數(shù)控加工工作成效，有關(guān)人員還要注重車床與各個設(shè)備之間的聯(lián)動作用，轉(zhuǎn)變以往的裝夾方式，以此推動數(shù)控加工生產(chǎn)整體效率。具體而言，要提高裝夾單次工作量，減少刀具校對的次數(shù)與耗費的時間，提高實際生產(chǎn)時間，保證生產(chǎn)經(jīng)濟效益。

2.4 對刀與刀具更換

在實際生產(chǎn)過程中，工作效率主要由專業(yè)人員能力、生產(chǎn)時間所決定，與前者成正比、與后者成反比，即：專業(yè)人員能力越強，工作效率越高，所生產(chǎn)的零件數(shù)量更多;反之，專業(yè)人員能力不足，不僅會影響零件生產(chǎn)效率，而且在刀與刀具更換過程中還會影響實際生產(chǎn)時間，導(dǎo)致生產(chǎn)效率大大降低。對此，在實際生產(chǎn)中，有關(guān)人員要努力提高自身能力，提高專業(yè)技能，保證生產(chǎn)效率的同時，避免刀與刀具更換不及時而造成的生產(chǎn)事故。

3 ?薄壁零件加工過程中問題與處理方案

與一般零件相比，薄壁零件具有重量輕、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、硬度適中等優(yōu)點，能夠契合多種不同類型的機械設(shè)備。近年來，隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對商品的規(guī)模化、精密化要求不斷提升，也紛紛開始投入到相關(guān)研究中。薄壁類型零件作為當(dāng)下“熱門”零件，能夠很好地適應(yīng)不同工作環(huán)境，但由于自身壁厚較薄，硬度中等特點，使得在加工過程中極易出現(xiàn)形變、延展等問題，影響自身尺寸、精度。為此，薄壁零件加工管理則成為當(dāng)下數(shù)控加工工作開展的重點，需要有關(guān)人員全面解讀薄壁零件的特點及應(yīng)用領(lǐng)域，立足其原因提出具體的優(yōu)化方案，從而確保數(shù)控加工工作的平穩(wěn)進行。

3.1 工件結(jié)構(gòu)與材質(zhì)的合理選用

工件形變與自身薄壁之間有著密切的聯(lián)系，零件材料特性與其結(jié)構(gòu)呈正比例關(guān)系。對此，在實際加工過程中，應(yīng)從零件自身與外部因素兩方面入手，探尋二者之間的聯(lián)系，調(diào)整以往的加工模式，降低上述因素對零件加工、零件質(zhì)量的影響。在此過程中，有關(guān)人員還要對其硬度、塑性等特點進行考量，針對薄壁零件的用途、特性，調(diào)整原材料資源配比，提高毛坯質(zhì)量的同時，保證其與設(shè)備運行的契合度。

3.2 因壓力變化在加工過程中產(chǎn)生變形

目前來看，導(dǎo)致薄壁零件發(fā)生形變的因素有多種，例如，壓力引起的形變，主要是由于相關(guān)的零件壁厚過薄，這也對整個零件的剛性產(chǎn)生很大影響，容易在外部壓力的影響下產(chǎn)生變形，無形之中增大了零件的體積，這種情況下也會導(dǎo)致其預(yù)估標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)一定的偏差，嚴(yán)重情況下也會導(dǎo)致工件報廢。與此同時，研究發(fā)現(xiàn)，技術(shù)人員不規(guī)范的操作技術(shù)也可能導(dǎo)致薄壁零件發(fā)生形變，例如，裝夾的夾緊力度過大，這也會使零件外形發(fā)生改變，嚴(yán)重情況下也能使零件中的圓孔變?yōu)槿切巍＝?jīng)過一系列加工后，待夾具完全松開時，整個工件的彈性也逐漸恢復(fù)到正常水平?？傮w來看，工件形變的產(chǎn)生原因與其內(nèi)外形尺寸得不到有效控制，整個工件的外形也會變化。

3.3 工件熱變形

零件加工期間，會受熱環(huán)境的影響發(fā)生不同程度的形變，特別是薄壁零件，其剛性比較差，在極高溫度的影響下自身的規(guī)格也會發(fā)生不同程度的變化，對于零件制作質(zhì)量也有一定程度的影響。對于一些膨脹系數(shù)比較大的工件來說，形變量過大可能卡死在夾具中。

3.4 工件裝夾過程中產(chǎn)生的形變

第一，要想提高薄壁零件加工的精確性，在實際加工過程中，我們要選擇合適的夾具，如夾具規(guī)格不符，則會從一定程度上破壞相關(guān)零件。對此，在夾具選擇過程中要確保夾具的合理性。與此同時，相關(guān)人員還要結(jié)合夾具特征控制夾緊應(yīng)力，通過這種方式減少形變量。但在實際加工過程中，部分工作人員沒有選擇合適的夾具，且應(yīng)力控制不足，這種情況下也能控制形變量。對此，在夾具應(yīng)用過程中，需選擇好夾緊位置，同時還要控制好支撐點，使得夾緊點臨近加工表面，避免夾力控制不足使整個零件產(chǎn)生較大程度的形變。

第二，部分技術(shù)人員在控制薄壁零件形變過程中，采取的方式為增加工件與夾具之間的接觸面積，這種情況下不會使零件的某個部位產(chǎn)生較大的擠壓力，對于整個零件也有一定保護作用。例如，在薄壁零件加工過程中，我們也可引入一些彈性比較好的夾具或者壓板進行固定，這種情況下也能均勻分散受力，進而有效規(guī)避零件變形。通過軸向夾緊力規(guī)避裝夾變形也是避免大幅度變形的重要方式。

第三，為了保證夾緊力，技術(shù)人員也可設(shè)計符合薄壁零件規(guī)格的夾具，避免工件因為剛性不佳、薄壁所引發(fā)的工件彎曲形變的問題。

3.5 工件加工期間的變形

總體來看，工件在切削過程中容易受到切削力的影響產(chǎn)生不同程度的形變。因此，在實際加工過程中，我們要保證刀具的鋒利性，通過這種方式降低工件與刀具摩擦過程中形成的阻力，從而降低刀具切削過程中產(chǎn)生的熱量。從另一個角度來看，整個零件加工期間，工件與零件摩擦產(chǎn)生的熱能會導(dǎo)致薄壁零件變形。因此，相關(guān)人員要改變以往的切削方法，如選擇高速切削方法。從另一個角度來看，切削過程中產(chǎn)生的一系列碎屑也會導(dǎo)致熱量聚集，對此，在加工過程中，技術(shù)人員也要及時清理碎屑，避免薄壁零件因熱而產(chǎn)生變形，同時，經(jīng)過高速度加工也能提高零件規(guī)格的精準(zhǔn)性。

4 ?降低薄壁零件形變率的方法

第一，分階段采用不同的控制方法，目前來看，薄壁零件加工一般分為粗加工與細加工兩個重要階段。以粗加工為例，該種加工模式下加工的零件形成的余量比較大，而且夾力也比較緊，隨著時間的推移其形變量也會越來越大。而精加工不同，加工過程中，夾緊力相比于前者比較低，這種情況下產(chǎn)生形變的幾率也比較小，同時也能從一定程度上修飾粗加工過程中因切削力過高產(chǎn)生的形變。對此，在實際加工過程中，可將加工過程分為粗加工與精加工兩個階段，通過這種方式降低零件形變率。

第二，結(jié)合薄壁工件加工實際需求調(diào)整參數(shù)。在粗加工過程中，我們要根據(jù)實際需求選擇合適的刀柄，同時，刀具的修光刃不可過長，一般情況下控制在0.2-0.3mm之間，且要保持刀刃的鋒利性。

第三，運用軸向夾緊夾具。在夾具選擇過程中，盡量選擇軸向夾緊夾具，這種工具有很強的固定作用，且夾緊力沿著工件呈軸向分布，這種情況下能夠大大降低零件的變形率。

第四，擴大夾具接觸面積。在實際加工過程中，加工人員要結(jié)合實際情況思考擴大夾裝接觸面積的方法。在實際加工過程中，相關(guān)人員可以運用一些專用設(shè)計的軟卡爪或開縫套筒以增加裝夾的接觸面積，在此基礎(chǔ)上分散夾具的夾力，降低形變率。

5 ?薄壁零件的加工實際案例

5.1 工藝流程分析

以圖1所示的零件為例，其為典型的薄壁組合零件，且這類零件的加工要求比較高，特別是對精細度的把握方面。這種組合的材料為不銹鋼，受材料性質(zhì)的影響，零件切割方式的選擇也是需要重點考慮的問題。在實際生產(chǎn)過程中，我們還發(fā)現(xiàn)該零件加工過程中有多個困難，如切削溫度高、難度大，且零件硬化嚴(yán)重等，從一定程度上影響了加工效果。

緊接著，我們再將目光放到圖2所示的零件圖中，該圖為生產(chǎn)過程中的不合理之處，與圖1相比，不合理之處主要體現(xiàn)在孔徑大小不同，這也使零件的整體比例出現(xiàn)差異。而孔徑的改變會導(dǎo)致在生產(chǎn)過程中，膜片的貼合度不一，從而產(chǎn)生較大的摩擦力，嚴(yán)重情況下也會導(dǎo)致刀片飛出，容易傷人。對此，在實際制造過程中，我們要嚴(yán)格按照特定的比例制作，同時還要結(jié)合材料特征選擇合適的切削方式。

5.2 加工工序

一般情況下，對于零件加工工序來說，一般有五個重要環(huán)節(jié)，分別為切削端面，在切削過程中要保證長度適中。第二個工序為粗加工，第三個工序為精加工。最后兩個工序為粗車內(nèi)控與精車內(nèi)控。在此過程中，需要對一個必要參數(shù)進行適當(dāng)調(diào)整，如工具刀號為T01/S800/F60/1.5，主軸轉(zhuǎn)速為T01/S800/F60/1.0，進給速度為T02/S1000/F40/0.2，背吃力量為T03/S600/F60/1.0。

在刀具選擇過程中，前兩個環(huán)節(jié)在粗車在圓，控制端口角度為90度，同時還要采用外圓刀，刀片用YG8合金。第三環(huán)節(jié)為精車外圓，端口與上面的相同，材質(zhì)不同，還環(huán)節(jié)用到材質(zhì)為YW1合金。最后兩個環(huán)節(jié)用到的為是車Φ14內(nèi)孔，因為孔徑小，白鋼刀（W18Cr4V）即可。在實際工作過程中，相關(guān)人員要根據(jù)實際進行對零件加工工序進行調(diào)整，通過這種方式進一步細化加工流程，提升加工效果。

6 ?結(jié)語

目前來看，薄壁組合零件的應(yīng)用范圍比較廣，在實際應(yīng)用過程中，技術(shù)人員要提高自身的技術(shù)水平，與此同時，還要通過合理的方式避免零件在加工過程中產(chǎn)生不同程度的變形。本文通過分析薄壁組合零件加工的難點，同時還指出了加工注意事項。針對加工過程中的難點進行重點分析并提出具體的解決方案，最后引入實際案例。通過上述方式能夠細化整個薄壁組合零件加工流程，降低其形變幾率，提高零件加工的準(zhǔn)確性，達到良好的加工效果。

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