分析薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量改進(jìn)方法

廖劍斌+++蘇茜

摘 要：數(shù)控加工工藝可以有效完成對(duì)薄壁零件的加工，并改善傳統(tǒng)薄壁零件加工的工藝流程，在提升薄壁零件加工效率的同時(shí)，還能有效提升薄壁零件的加工精度，滿足薄壁零件加工的基本需求。但是，實(shí)際的薄壁零件數(shù)控加工工藝中，會(huì)受到一些外界因素的影響，導(dǎo)致零件加工的質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題。為此，需要強(qiáng)化對(duì)薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量的分析，再選擇有效的工藝質(zhì)量進(jìn)行方法，旨在提升薄壁零件質(zhì)量提升，積極推動(dòng)零件加工企業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：薄壁零件；數(shù)控加工；工藝質(zhì)量；改進(jìn)方法

薄壁零件是指壁厚<1mm的金屬零件類型，薄壁零件具有質(zhì)量輕、材料消耗量低和結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，可以廣泛的應(yīng)用到各類工業(yè)部門中。但是，在實(shí)際的加工中，薄壁零件的剛性差、強(qiáng)度低等問(wèn)題，導(dǎo)致薄壁零件的加工難度增加，還可能會(huì)引起薄壁零件的加工工藝質(zhì)量問(wèn)題，嚴(yán)重影響薄壁零件的功能性。數(shù)控加工工藝對(duì)改善薄壁零件質(zhì)量和精度具有較好的作用。而實(shí)際上薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量，仍舊受到裝夾、刀具和整體工藝流程等因素的干擾，影響薄壁零件數(shù)控加工工藝的質(zhì)量?；诖?，本文對(duì)薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量的影響因素展開分析，再結(jié)合薄壁零件數(shù)控加工的相關(guān)質(zhì)量指標(biāo)，選擇有效的加工工藝改進(jìn)方法，具體內(nèi)容如下。

1 薄壁零件數(shù)控加工分析

薄壁零件具有較高的應(yīng)用價(jià)值，可以應(yīng)用到多種行業(yè)中，傳統(tǒng)的薄壁零件加工，加工效率不高，且容易出現(xiàn)薄壁厚度控制不夠理想的特點(diǎn)，影響薄壁零件的應(yīng)用和質(zhì)量。針對(duì)這類情況，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用，切實(shí)有效的改變了的薄壁零件加工的效率，借助PLC控制系統(tǒng)，可以強(qiáng)化對(duì)切削刀具的控制，可以自動(dòng)完成對(duì)薄壁零件的切削。

1.1 薄壁零件數(shù)控加工階段

根據(jù)薄壁零件的基本情況，可以有效將薄壁零件數(shù)控加工分為三個(gè)階段，具體的三個(gè)階段如下：

（1）粗加工階段。主要初步對(duì)薄薄零件進(jìn)行加工，結(jié)合具體的零件特點(diǎn)和零件類型，選擇適宜的粗加工工藝[1]。如在對(duì)薄壁套的加工時(shí)，主經(jīng)過(guò)粗車外圓、粗鏜內(nèi)孔等工藝完成對(duì)零件的粗加工，并去除多余的材料。

（2）半精加工階段。這一階段需要對(duì)薄壁零件的次要表面的進(jìn)行相關(guān)處理工作，結(jié)合質(zhì)量指標(biāo)和精度指標(biāo)，保障次要表面加工的有效性。次要表面加工完成后，需要進(jìn)一步的對(duì)薄壁零件的多余部分進(jìn)行去除。為了促使薄壁零件的精度和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)能夠滿足三精加工的需求，需要強(qiáng)化對(duì)半精加工的質(zhì)控。

（3）精加工階段。經(jīng)過(guò)半精加工處理的薄壁零件已經(jīng)初步達(dá)到相關(guān)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。精加工主要是通過(guò)精車零件外圓的方式，促使零件的精度和粗超度能夠滿足薄壁零件的圖紙要求[2]。

1.2 薄壁零件的數(shù)控加工工藝

在實(shí)際的數(shù)控機(jī)床加工中，由于薄壁零件具有較高的尺寸精度和加工位形精度的需求，且受到薄壁零件自身的薄壁、剛性差和易變性等特點(diǎn)，使得薄壁零件在具體的數(shù)控加工工藝中，具有更高的加工要求[3]。

以薄壁套為例，薄壁套在具體的數(shù)控機(jī)床加工中，需要合理的對(duì)兩端面、外圓面和內(nèi)孔這三部分，具體的施工工序根據(jù)上述加工階段，分別對(duì)兩端面、外圓面和內(nèi)孔進(jìn)行加工。

如圖1所示為薄壁套加工中的車外圓加工圖，按照相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，先展開的粗車外圓，促使外圓達(dá)到Φ65mm，粗車外圓完成后，進(jìn)一步展開的半精車外圓，將薄壁的直徑變?yōu)棣?4.5mm。這時(shí)零件已經(jīng)初步滿足零件的工藝需求，在選擇精車外圓對(duì)零件進(jìn)行進(jìn)一步的精車外圓，使直徑為Φ64mm。從而使得薄壁套的車外圓能夠滿足具體的薄壁零件精度需求。

1.3 薄壁零件數(shù)控加工刀具的選擇

為了完成薄壁零件的數(shù)控加工工藝，需要合理的展開刀具的選擇，具體的刀具選擇中，需要結(jié)合刀具的具體型號(hào)和零件的基本技術(shù)指標(biāo)等進(jìn)行綜合分析。在具體的薄壁零件數(shù)控加工刀具的選擇時(shí)，需要保障刀具具有高精度、高強(qiáng)度、剛性和尺寸穩(wěn)定性好，刀具需要便于維護(hù)和拆卸等特點(diǎn)。如表1為薄壁套的數(shù)控加工刀具參數(shù)選擇，結(jié)合下述具體參數(shù)，可以有效完成對(duì)薄壁套的刀具選擇，保障刀具切削的有效性和可靠性[4]。

2 薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量的影響問(wèn)題

薄壁零件的數(shù)控加工是轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)薄壁零件加工工藝的重要方式，選擇數(shù)控加工工藝，有效的改變了薄壁零件加工的效率和質(zhì)量，并達(dá)到降低薄壁零件加工成本的效果。然而，實(shí)際上，切實(shí)存在一些不利因素對(duì)薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量造成干擾。故此，需要詳細(xì)的對(duì)薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量的影響問(wèn)題進(jìn)行分析[5]。

2.1 零件裝夾對(duì)加工精度的影響

零件裝夾是薄壁零件數(shù)控加工工藝中的具有重要的地位，如果裝夾的質(zhì)量不過(guò)關(guān)，就可能會(huì)導(dǎo)致薄壁零件加工過(guò)程中，出現(xiàn)脫夾的情況，導(dǎo)致零件加工不達(dá)標(biāo)的情況，甚至可能會(huì)引起安全隱患的發(fā)生。具體的零件加工中，同樣需要裝夾具有較好的剛度，且具體的零件加工過(guò)程中，需要詳細(xì)的對(duì)零件的位置和夾緊裝置的基本情況進(jìn)行分析，如果裝夾的剛度不達(dá)標(biāo)，或是具體的引起變形的應(yīng)力作用部位和方向的分析效果不夠理想，均可能會(huì)導(dǎo)致薄壁零件加工工藝質(zhì)量受到干擾。此外，受到零件裝夾的影響，還可能會(huì)引起薄壁零件出現(xiàn)形變的問(wèn)題，也就導(dǎo)致零件的加工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)[6]。

2.2 切削角度對(duì)切削量的影響

根據(jù)薄壁零件數(shù)控加工工藝的基本需求，完成對(duì)刀具基本參數(shù)的分析，再合理的對(duì)刀具進(jìn)行選型。而受到刀具具體切削角度、進(jìn)給速度和切削速度等因素的影響，刀具的切削量會(huì)發(fā)生變化。如果在刀具的選擇中，前、后角發(fā)生變化，就可能會(huì)出現(xiàn)引起刀具切削過(guò)程的變形和摩擦情況發(fā)生變化。以前、后角變小為例，會(huì)導(dǎo)致摩擦和變形增加，切削力增強(qiáng)，會(huì)引起薄壁零件變形程度的增加，導(dǎo)致薄壁零件的切削效果變化，引起導(dǎo)薄壁零件加工質(zhì)量不過(guò)關(guān)。此外，偏角對(duì)加工精度也會(huì)造成不利影響，數(shù)控加工中要重視對(duì)偏角進(jìn)行選擇和控制。故此，需要科學(xué)的對(duì)切削力的進(jìn)行綜合控制，薄壁零件數(shù)控加工的質(zhì)量。

2.3 走刀方式與路徑的影響

走刀是薄壁零件數(shù)控加工中的組成部分，具體的薄壁零件數(shù)據(jù)加工中，需要定期的對(duì)走刀和路徑進(jìn)行設(shè)置，促使薄壁零件加工中，刀具能夠按照具體規(guī)劃方案進(jìn)行走刀。故此，走刀方式和路徑的設(shè)計(jì)，有助于推動(dòng)薄壁零件的加工效率和加工質(zhì)量的提升。針對(duì)走刀方式和路徑的設(shè)計(jì)中，需要重視對(duì)新型走刀方式的分析，完成對(duì)薄壁零件的加工[7]。

2.4 工藝路線的選擇

針對(duì)薄壁零件數(shù)控加工工藝路線的基本情況，需要結(jié)合具體的薄壁零件情況，選擇有效的工藝路線。這也就需要專業(yè)的技術(shù)人員，完成對(duì)工序、工藝制作線路等進(jìn)行分析。如果具體的工藝線路選擇中，沒有有效的對(duì)的變形問(wèn)題的進(jìn)行處理，薄壁零件變形的相關(guān)理論知識(shí)分析不夠徹底，均可能會(huì)導(dǎo)致薄壁零件加工效果不夠理想，進(jìn)而導(dǎo)致薄壁零件出現(xiàn)加工質(zhì)量問(wèn)題。另外，工藝線路中，需要重視對(duì)振動(dòng)現(xiàn)象、加工剩余量等問(wèn)題的綜合分析，如果這些問(wèn)題分析不夠透徹，或是處理不夠完善，也會(huì)導(dǎo)致薄壁零件加工途中出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，導(dǎo)致薄壁零件不達(dá)標(biāo)。

3 薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量的改進(jìn)方法

針對(duì)具體的薄壁零件數(shù)控加工工藝的情況，完成對(duì)薄壁零件的加工工藝質(zhì)量的改進(jìn)，達(dá)到優(yōu)化加工工藝流程和改善走刀方式和路徑等效果，在提高數(shù)控加工薄壁零件質(zhì)量的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)提升加工效率的目的，促使薄壁零件的產(chǎn)量和質(zhì)量的能夠得到均衡提升。

3.1 基于仿真數(shù)控的加工工藝質(zhì)量改進(jìn)

選擇基于仿真數(shù)控的加工改進(jìn)方式，可以選擇KU=F這一理論公式對(duì)薄壁零件的加工進(jìn)行分析。其中公式中K表示薄壁零件的整體強(qiáng)度矩陣。F表示薄壁零件加工過(guò)程中所承擔(dān)的負(fù)載列陣。而U則表示零件加工途中，零件的具體變形情況。對(duì)這一公式進(jìn)行分析和解讀，不難發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)和U之間是存在聯(lián)系，且二者之間主要是以負(fù)相關(guān)的關(guān)系存在。故此，為了完成對(duì)薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量的改進(jìn)，可以合理的對(duì)F或是K進(jìn)行調(diào)整，就會(huì)有效的減少薄壁零件變形的情況，從而達(dá)到減少零件變形，提升加工工藝質(zhì)量的目的。而具體的提升K或降低F時(shí)，可以通過(guò)對(duì)薄壁零件原材料的進(jìn)行的選擇，保障原材料自身具有較好的強(qiáng)度。在原材料基本確定不變的情況下，可以選擇的增加相關(guān)填充物質(zhì)的方式，借助填充物質(zhì)的方式，達(dá)到增加原材料強(qiáng)度的效果。選擇這類增加填充物的方式，在薄壁零件加工完成后，可以將其取出，從而使得薄壁零件的變形得到控制，保障施工質(zhì)量。借助基于仿真數(shù)控的工藝質(zhì)量改進(jìn)方法，借助KU=F這一理論，按照這一理論實(shí)現(xiàn)對(duì)零件加工的仿真模擬，并在具體的模擬中適當(dāng)?shù)腒和F進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整中需要根據(jù)零件的具體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)圖紙展開，選擇適宜的調(diào)整值，進(jìn)而保障加工的質(zhì)量性和有效性[8]。

3.2 零件裝夾的改進(jìn)和優(yōu)化

鑒于具體的薄壁零件數(shù)控加工工藝中，零件裝夾的重要性，需要進(jìn)一步的對(duì)零件裝夾研究。針對(duì)某一類型的薄壁零件加工，零件裝夾需要經(jīng)過(guò)有效的設(shè)計(jì)，且具體的設(shè)計(jì)中，需要保障零件裝夾滿足如下要求：

（1）結(jié)構(gòu)緊湊、懸伸短。在具體的薄壁零件加工過(guò)程中，裝夾會(huì)隨著主軸同時(shí)回轉(zhuǎn)，故此，需要盡可能的對(duì)裝夾的重心進(jìn)行控制，使其重心能夠緊貼主軸的端部。這樣做的目的是，控制慣性力和回轉(zhuǎn)力矩大小的目的，從而保障加工的精度和質(zhì)量。對(duì)于懸伸長(zhǎng)度，需要根據(jù)具體的薄壁零件情況進(jìn)行選擇。如在進(jìn)行薄壁套的加工時(shí)，薄壁套的外徑為Φ63mm，則需要將懸伸長(zhǎng)度滿足L/D<1.25。

（2）平衡和配重。平橫和配重問(wèn)題對(duì)裝夾振動(dòng)是有直接影響。故此，具體設(shè)計(jì)時(shí)，可以結(jié)合具體加工需求，選擇配重塊或是減重孔，促使裝夾平衡，進(jìn)而避免回轉(zhuǎn)時(shí)，受到離心作用的影響，導(dǎo)致震動(dòng)的產(chǎn)生，影響薄壁零件的加工質(zhì)量。

（3）裝夾機(jī)構(gòu)具有安全性和耐久性。裝夾機(jī)構(gòu)的選擇，需要保障裝夾的剛度和強(qiáng)度等指標(biāo)均符合薄壁零件加工的需求。且裝夾具有較好的夾緊力，這一要點(diǎn)是避免脫夾的情況產(chǎn)生。再有，良好的耐久性，可以減少裝夾的損壞情況，避免出現(xiàn)裝夾變形的情況，達(dá)到減少成本的目的。

（4）裝夾需要切實(shí)與數(shù)控機(jī)床相匹配，二者連接有效，且避免安裝因素帶來(lái)的薄壁零件誤差[9]。

3.3 路徑與切削量的選擇

薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量的改進(jìn)，需要科學(xué)的對(duì)走刀路徑和切削量進(jìn)行控制。以薄壁套的加工為例，在對(duì)薄壁套的切削量選擇時(shí)，可以根據(jù)表面粗糙度計(jì)算公式，對(duì)主軸轉(zhuǎn)速、背吃刀量和給進(jìn)速度等進(jìn)行綜合控制，其中具體薄壁套表面粗超度計(jì)算公式如下公式（1）所示：

結(jié)合上述公式，可以完成對(duì)具體的切削量的確定。如表2為薄壁套的切削量選用表。針對(duì)不同的薄壁零件加工方式，所選擇的轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和背吃刀量均存在差異。

表2 薄壁套的切削量選用表

結(jié)合上述切削量的確定，可以有效的完成對(duì)薄壁套的切削加

工。

對(duì)于切削路徑的規(guī)劃和選擇，需要增加數(shù)控加工相關(guān)操作的主動(dòng)性，并合理的對(duì)刀具路徑的改良法進(jìn)行優(yōu)化。具體的改良中，在粗加工中，可以選擇的階梯式粗加工法和的一次性粗加工法，從而有效的完成對(duì)薄壁零件的加工。這類加工方式中，有效的轉(zhuǎn)變了原有十二走刀路徑，沿著X方向和Y方向的等高線展開平移運(yùn)動(dòng)，從而有效的對(duì)多余的材料進(jìn)行清除，達(dá)到良好的切削效果，并切實(shí)完成對(duì)剩余物資的處理，達(dá)到保護(hù)刀具的作用。

另外，為了完成對(duì)加工工藝質(zhì)量的優(yōu)化，需要合理的對(duì)刀具前、后角進(jìn)行調(diào)整，按照前后角的特點(diǎn)，使前、后角均增大，從而達(dá)到降低摩擦和變形的目的，減弱切削力，減弱薄壁零件的整體變形能力，進(jìn)而提高數(shù)控零件加工質(zhì)量的目的[10]。

3.4 優(yōu)化施工工藝

強(qiáng)化對(duì)薄壁零件加工工藝的分析，相關(guān)施工人員能夠完成對(duì)加工工序的解讀和分析，再詳細(xì)的對(duì)工藝制作線路進(jìn)行解讀，合理的對(duì)變形問(wèn)題進(jìn)行控制，達(dá)到提升加工質(zhì)量的目的。針對(duì)上述所有改良方法，綜合的應(yīng)用到薄壁零件數(shù)控加工中，有效對(duì)夾具、刀具等的優(yōu)化，保障薄壁零件加工的整體質(zhì)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

分析薄壁零件數(shù)控加工工藝，結(jié)合具體的薄壁零件數(shù)控加工情況，詳細(xì)的對(duì)薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量的影響因素進(jìn)行解讀，再建立在影響因素上，合理的數(shù)控加工工藝質(zhì)量的改進(jìn)方法進(jìn)行闡述，積極推動(dòng)薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量的提升，達(dá)到降低成本、提高加工效率和提升質(zhì)量的目的，積極推動(dòng)薄壁零件數(shù)控加工企業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：廖劍斌（1978，11-），男，廣西平樂縣人，廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程師，研究方向：數(shù)控技術(shù)。

蘇茜（1978，5-，），女，廣西南寧市人，廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，研究方向：數(shù)控技術(shù)。