薄壁零件數(shù)控加工工藝改進研究

白鈺慧

（甘肅機電職業(yè)技術(shù)學院機械工程學院，甘肅 天水 741001）

隨著薄壁零件應用范圍的不斷擴大，使得薄壁零件加工時逐漸對數(shù)控技術(shù)進行了應用，有效提升了薄壁零件的加工速度與質(zhì)量。但需要注意的是，受到技術(shù)、工藝等方面因素的影響，導致薄壁零件經(jīng)常出現(xiàn)一些問題，對零件的應用造成較大干擾。所以，為了生產(chǎn)出質(zhì)量更加良好、精確度更高的薄壁零件，應對現(xiàn)有數(shù)控加工工藝進行優(yōu)化。

1 薄壁零件數(shù)控加工工藝概述

1.1 工藝介紹

薄壁零件指厚度在1mm以下的金屬零件，重量低，所需材料少，且結(jié)構(gòu)較為堅硬，常用于一些特殊場合，如微波器件、儀表艙體等。然而，薄壁零件也存在一些缺陷，如剛性差，加工制造時很容易出現(xiàn)變形問題等，大大增加了薄壁零件數(shù)控加工的難度。薄壁零件數(shù)控加工時，雖然對CAM編程技術(shù)等進行了應用，在一定程度上提升了薄壁零件加工的精確性，但在代碼輸出方面，則無法滿足薄壁零件的數(shù)控加工，使得零件的質(zhì)量與精確度不符合要求，影響薄壁零件的正常使用。所以，現(xiàn)代薄壁零件數(shù)控加工時，采用的仍然是切削參數(shù)并作持續(xù)反復精加工工藝。如在對壁厚為0.5mm的零件加工時，加工人員根據(jù)以往的工作經(jīng)驗，設(shè)定出相應參數(shù)，并初步制作出零件，然后根據(jù)初步零件的具體情況，不斷地對程序內(nèi)相關(guān)參數(shù)進行調(diào)節(jié)，直到可以制作出符合規(guī)定要求的零件。這一工藝操作較為煩瑣，需要反復地調(diào)節(jié)參數(shù)，這大大增加了零件的生產(chǎn)周期。

1.2 加工刀具

零件加工制作時，刀具是其中較重要的組成部分，只有選擇合理的刀具，并設(shè)計最佳的參數(shù)，才可確保整個加工制造活動順利進行，生產(chǎn)出符合精確性與質(zhì)量要求的薄壁零件。所以，薄壁零件加工制作時，應針對零件形狀、精確性要求等，選擇合理的加工刀具。其中，若零件表面輪廓凸起，應以立銑刀為主，直徑為10mm或8mm；若零件內(nèi)部含有孔洞，則以機用鉸刀為主，直徑為10mm，也可采用鏜刀，直徑為6mm；若零件內(nèi)部存在凹槽，應以立銑刀為主，直徑為6mm。實際制作時，一般不采用2mm以下的刀具，這是因為刀具直徑較小，在對工件材料處理時，很容易產(chǎn)生較大的震動，進而導致刀具這段損壞，并在零件表面產(chǎn)生明顯劃痕，對刀具與零件的使用均具有較大影響。此外，在刀具選擇上，還應注重刀具的線速度，確保線速度達到一定水平，只有這樣，刀具才會具有更加良好的動平衡性能，使其在快速旋轉(zhuǎn)時，僅會產(chǎn)生很小的跳動，以此提升零件切削質(zhì)量。

2 薄壁零件數(shù)控加工的影響因素

2.1 工件夾裝

工件夾裝時，應針對工件材料特性，選擇最佳的夾裝方式，以保證整個加工制造活動順利進行，并生產(chǎn)出高質(zhì)量的薄壁零件?，F(xiàn)代零件加工領(lǐng)域內(nèi)存在多種薄壁零件加工技術(shù)，空心澆灌法是其中應用較廣泛的一種。該加工工藝中，輔材包括石蠟、松香等，工件整體成形后，將輔材取出，并對工件精加工。該工藝效率較低，使得工件制作需要花費大量時間，因而一些工期較為緊張的工件，或是需要批量制造的工件加工時，通常采用直接加工工藝，這時，則應考慮夾具的夾緊力，針對工件加工要求，設(shè)計最佳的夾緊力，保證工件無法移動的同時，又不可因為夾緊力過大而出現(xiàn)劃分或損傷。然而，在實際操作時，經(jīng)常受到人員等因素的影響，導致夾具的選擇并不合理，參數(shù)設(shè)定并不科學，使得零件加工過程中，容易出現(xiàn)工件活動或是工件表面出現(xiàn)劃痕的問題，影響零件的精確性與質(zhì)量，不利于薄壁零件的使用。

2.2 切割角度

機械零件生產(chǎn)制作時，應針對零件形狀規(guī)格，結(jié)合零件材料特點，設(shè)計最佳的切割角度，以使整個切割工序順利進行，保證工件切割質(zhì)量，提升薄壁零件的精確度，反之，若未能設(shè)計出合理的切割角度，一方面，會導致零件精確度較低，壁厚不符合規(guī)定要求；另一方面，還可能使零件表面出現(xiàn)一些劃痕，影響零件的后續(xù)使用，嚴重情況下，甚至會導致零件出現(xiàn)較大損傷而報廢。所以，在薄壁零件加工制造過程中，一定要對切割角度予以高度重視，以提升零件的切削質(zhì)量與效率，為薄壁零件后續(xù)使用打下良好的基礎(chǔ)。

2.3 走刀形式

選擇合理的刀具，設(shè)計最佳的切割角度后，雖然可以提升薄壁零件的加工精確性，但依然會受到走刀形式的影響，導致零件出現(xiàn)一些缺陷，不利于零件的后續(xù)使用。薄壁零件加工過程中，通常采用2種走刀形式：（1）一次性粗加工法，根據(jù)具體操作原理的不同，又可將其劃分成兩種不同方法，如蛇形走刀法、單向反復走刀法等。（2）階梯式粗加工法，應用該走刀形式時，應針對零件加工需求，選擇合理的移動軌跡，設(shè)置最佳的加工量，以保證零件加工質(zhì)量符合要求。在刀具切割過程中，通過對走刀方式的不斷調(diào)節(jié)，能夠使整個刀具一直處于最佳位置，及時改善刀具軌跡存在的不足。實際切割時，按照水平軸的45°角為基準面，逐漸將多余材料切掉，不僅會減少對刀具的破壞，而且還可以保證零件加工質(zhì)量，為薄壁零件更好的使用打下良好的基礎(chǔ)。

2.4 工藝流程

除上述幾個方面外，工藝流程因素也會對薄壁零件數(shù)控加工效果產(chǎn)生一定影響。一方面，薄壁零件加工時，若加工人員未能全面了解零件特點，未能設(shè)計出最佳的工藝流程，缺乏對零件變形的重視程度，則會導致零件后續(xù)加工處理時，出現(xiàn)變形、劃痕等問題影響零件的加工質(zhì)量，影響零件的后續(xù)使用。另一方面，加工人員忽略了刀具、車床等方面的震動情況，未能采用科學、合理的方式對加工震動進行控制，導致整個零件加工中很容易出現(xiàn)較大的震動，輕者會影響零件的精確度，重者會使零件出現(xiàn)損傷，使零件完全報廢。所以，在薄壁零件數(shù)控加工時，要注重工藝流程的設(shè)計。

3 薄壁零件數(shù)控加工工藝的改進方法

3.1 加強仿真技術(shù)的應用

科學技術(shù)快速發(fā)展的今天，使仿真技術(shù)更加成熟與完善，并被廣泛應用到各個領(lǐng)域，通過仿真技術(shù)的應用，大大提升了相關(guān)工作的效率與質(zhì)量，推動現(xiàn)代社會向著更好的方向發(fā)展。所以，在薄壁零件數(shù)控加工時，應加強對仿真技術(shù)的應用。加工人員根據(jù)薄壁零件加工要求，結(jié)合材質(zhì)特點等因素，在CZK等仿真軟件內(nèi)錄入零件整體強度短距K與負載列陣F，之后由軟件自動計算、分析出零件的變形情況U，公式為U=F/K。這樣通過對K與F的優(yōu)化與調(diào)節(jié)，逐漸構(gòu)建出不同情況下的零件結(jié)構(gòu)仿真圖，通過這些仿真圖的觀察，以確定出最佳的F與K值，為薄壁零件的加工打下良好的基礎(chǔ)，提升零件加工質(zhì)量與精確度。

3.2 改進工件夾裝方法

薄壁零件加工時，要采用合理的夾裝方法，如磁性吸盤吸附法、內(nèi)控定位夾具法等，只有這樣，才會提升零件的加工質(zhì)量。實際加工過程中，應根據(jù)零件強度的具體情況，按照下述公式，設(shè)計出最佳的夾緊力或支撐力。

其中，af表示進給量；aw表示切削寬度；KFZ表示修正系數(shù)；d0表示刀具外徑；ap表示切削深度；z表示刀具齒數(shù)。

對于薄壁零件來說，剛度較低，因而對其夾取時，應向其施加一定的支撐力，以提升零件的加工強度，防止夾緊力過大而導致零件出現(xiàn)損傷。而若零件的剛度較大，則應向其施加夾緊力，以將零件有效固定。同時，還應針對零件加工要求，結(jié)合零件材質(zhì)特點，制作適當?shù)妮o助夾具。

現(xiàn)代機械制造領(lǐng)域的快速發(fā)展，夾裝工具也在更新?lián)Q代，在條件允許的情況下，最好選擇那些先進的夾裝工具，如電動膨脹套等，利用該工具內(nèi)部連接到自動化系統(tǒng)，自動調(diào)節(jié)夾具的力度與角度等，以使夾緊力或支撐力處于合理范圍內(nèi)，防止應力過大或過小對零件質(zhì)量與精確度造成影響。

3.3 設(shè)置科學的切割角度

由上述分析可知，切割角度與薄壁零件數(shù)控加工質(zhì)量具有緊密聯(lián)系，若切割角度設(shè)置不合理，將會導致薄壁零件加工質(zhì)量低，精確度不符合要求，影響零件的后續(xù)使用。所以，在薄壁零件數(shù)控加工時，要設(shè)置科學的切割角度。具體操作時，應針對零件形狀的具體情況，設(shè)置出不同的切割角度。如零件內(nèi)部存在孔洞或凹陷，角度則應較小一些，控制在5°以內(nèi)，避免刀具與材料接觸時產(chǎn)生較大的震動。若零件需要對表面輪廓進行處理，則應以切向方向或圓弧進刀方式為主，防止零件表面出現(xiàn)各種紋路。此外，在加工時，要設(shè)計最佳的主副偏角，其中，主偏角控制在93°～97°，副偏角控制在8～12°，防止零件出現(xiàn)較大的磨損。

3.4 設(shè)置最佳的走刀形式

薄壁零件數(shù)控加工過程中，要想確保零件質(zhì)量與精確性符合要求，就要設(shè)置最佳的走刀形式，并計算出最佳的切削量，以此為刀具的移動與材料的進給量等提供依據(jù)。計算出切削量后，則應以此為基礎(chǔ)，設(shè)置合理的主軸轉(zhuǎn)速、背吃刀量與進給量，以薄壁套為例，不同刀具床中3個參數(shù)值，如表1所示。

表1 不同刀具中各項切割參數(shù)值

切割形式設(shè)計時，應設(shè)置最佳的刀具路徑。具體來說，需要注重以下兩項原則。（1）對于粗加工工藝來說，應在常規(guī)走到路徑的基礎(chǔ)上，更換成更好的階梯式粗加工法，使得工件切削時，能夠順著水平與豎直方向進行穩(wěn)步移動，并按照零件形狀與規(guī)格，切掉多余材料，以提升零件切割質(zhì)量。（2）針對刀具運行需求，設(shè)定最佳的前、后角，一般控制在15°～20°，防止材料切割時出現(xiàn)變形等問題。

3.5 優(yōu)化加工工藝流程

加工工藝流程的好壞，直接關(guān)系到薄壁零件的加工質(zhì)量與精確度，只有設(shè)計出最佳的加工工藝流程。首先，加強對零件結(jié)構(gòu)的分析，準確了解零件的具體情況，尋找出零件可能出現(xiàn)的變形問題，之后以此為基礎(chǔ)，利用相關(guān)技術(shù)、理論為依托，設(shè)計出相應的加工工藝流程，然后通過試驗分析的方式，驗證該工藝流程的應用效果，發(fā)現(xiàn)其中存在的不足與缺陷，并進一步予以優(yōu)化，以此得到更好的加工工藝流程。與此同時，在薄壁零件加工時，應利用專業(yè)的壓力監(jiān)測儀器，對零件受力情況的監(jiān)測，不斷調(diào)節(jié)零件加工方位，以使刀具與零件更好地接觸，防止加工時出現(xiàn)劇烈震動，保證零件質(zhì)量符合要求。

4 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)代機械制造領(lǐng)域逐漸對薄壁零件進行了廣泛應用，確保薄壁零件質(zhì)量與精確性符合規(guī)定要求，可使其在機械設(shè)備中發(fā)揮出最大的作用，不斷提升機械設(shè)備的性能。然而，傳統(tǒng)薄壁零件加工制造時，經(jīng)常受到工件夾裝、切割角度、走刀形式、工藝流程等因素的影響，導致零件加工精確度不符合要求，影響零件的使用。所以，為了生成精確度更高、質(zhì)量更好的薄壁零件，要從多個角度出發(fā)，逐漸對薄壁零件數(shù)控加工工藝予以改進。