以手柄加工為例探討數(shù)控加工工藝重要性

魏小兵

(江蘇省常州技師學院，江蘇 常州 213000)

0 引言

我國工業(yè)技術(shù)的發(fā)展得力于加工制造能力的提高，機械部件都由各種各樣不同的零部件組成，而制造這些不同的零部件離不開優(yōu)秀的技術(shù)工人和先進的制造裝備?？v觀我國這些年制造業(yè)的發(fā)展，不難看出，我國的制造業(yè)在突飛猛進的同時還存在較大的發(fā)展空間，很多產(chǎn)品的質(zhì)量還需要較大地提升。但決定零件制造質(zhì)量的因素很多，而其中零件數(shù)控加工工藝制定的優(yōu)劣是重要因素之一。本文就以手柄的數(shù)控加工為例，對數(shù)控加工中工藝分析的重要性進行論述，提出了改進加工工藝的一些措施，供廣大同行參考。

1 零件數(shù)控加工工藝探析

以如圖1所示的手柄零件加工為例，材料：硬鋁；毛坯：Φ30×80mm，批量加工1000件，7d內(nèi)交貨。

圖1 手柄零件圖

1.1 零件材料分析的重要性

保證材料的質(zhì)量是加工該零件的重要基礎(chǔ)，因此，采購在購買材料時要不折不扣地購買圖紙要求的零件材料，材料進庫前要經(jīng)過檢測，保證材料的一致性。零件在數(shù)控加工過程中，可能需要經(jīng)歷多個工序的加工，材料在不同的加工環(huán)境下，可能會出現(xiàn)不同的加工性能，因此，在加工前，要對材料在不同加工環(huán)境下所要使用的加工參數(shù)和加工條件進行確定。比如零件在有冷卻液和無冷卻液的機床下加工，材料所展現(xiàn)的切削性能有較大差距。有些零部件采用的是鍛造、型材毛坯，有些直接采用塊狀或圓形材料。不同形狀的材料所展現(xiàn)出的加工工藝也是不同的。此外，零件的用途對零件材質(zhì)有不同的要求，比如，如圖1所示的手柄零件，該零件主要承受旋轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)受力，因此要求手柄具有較高的強度，但考慮到經(jīng)濟性和實用性，選擇硬鋁材料作為該零件的毛坯材料。鑒于以上原則，在加工復雜零件時應(yīng)采用鑄造型材毛坯較好，加工簡單零件時選擇鍛造毛坯較好。最后，在選擇毛坯時要結(jié)合實際情況，能滿足機床裝配和零件運行的要求。簡言之，做好零部件材料的選擇，能避免零件在加工過程中出現(xiàn)各種問題，提高生產(chǎn)效率還減小損失和浪費。

1.2 確定加工工藝路線的重要性

工藝路線的制定直接關(guān)系到零件加工效率和加工質(zhì)量。零件用于部件的組裝，在不同的場合承受不同的作用，加工方法和工藝都需要仔細研究。工藝路線決定了零件各個加工要素的加工順序。因此，數(shù)控加工過程中，工藝員拿到圖紙后，要對圖紙進行全面地分析，對每個尺寸精度采用什么樣的工藝路線去保證，表面質(zhì)量采用什么加工方式才能得到，形位公差需要通過什么樣的裝夾才能保證等等。在綜合考慮后，還要對零件的形狀和輪廓進行規(guī)劃，制定合理的粗加工、精加工、表面處理或熱處理方案。此外如果零件中有特殊形狀，如螺紋、圓弧、細孔等要在加工中采用什么工藝路線等。圖1所示的手柄，可以看出圖形中包含了螺紋、圓弧、槽等要素，要加工這個零件，在綜合考慮零件加工精度的前提下，先加工左端的螺紋及螺紋退刀槽，再加工右端的圓弧手柄及外圓部分，結(jié)合零件的加工數(shù)量，可選擇專用夾具進行裝夾加工，可大幅提高加工效率。

1.3 刀具選擇及裝夾方式的重要性

數(shù)控加工中刀具的選擇至關(guān)重要，工藝員要根據(jù)零件的材料選用合理的加工刀具，數(shù)控刀具的發(fā)展和機床的發(fā)展是相互促進的。刀具材料決定了生產(chǎn)效率，刀具壽命、加工精度和表面質(zhì)量。現(xiàn)階段刀具的材料有高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷刀具、涂層刀具等，這些刀具材料的硬度、耐磨性、韌性、耐熱性和工藝性都各有不同。一般而言、立方氮化硼、陶瓷刀具、硬質(zhì)合金刀具適合加工各種鋼材料，PCD刀具更加適合鋁、鎂合金的加工。根據(jù)以上分析，該手柄零件材料是硬鋁，可以選擇PCD刀具進行加工，能發(fā)揮刀具的最大加工效率，利于保證零件精度和表面質(zhì)量。數(shù)控機床的零件加工具有較好的優(yōu)越性，打破了普通機床加工的不足，但為了保證加工的精度和便捷性，需要采用不同的裝夾方式，現(xiàn)階段，夾具分為專用夾具、通用夾具及組合夾具。每個夾具都具有自身的特色，專用夾具適合大批量的專業(yè)零件的加工，比如很多廠家專門為某一產(chǎn)品做配套，那么零件加工就可以采用專用夾具進行加工。通用夾具適合小批量、單一零件的加工，比如三爪卡盤和四爪卡盤等。組合夾具適用于小批量、單一復雜零件的裝夾，需要通過不同的裝夾方式才能完成零件的加工。根據(jù)本圖零件加工的要求及圖形的特點，該零件應(yīng)采用專用夾具進行加工，根據(jù)前面分析的工藝路線可知，該零件可事前做好一個螺紋套，用于裝夾手柄零件的左端外螺紋，可有效保證加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

1.4 制定合理的切削三要素的重要性

切削三要素指的是切削過程中的切削速度、進給速度、背吃刀量。切削三要素的選擇對加工效率、零件加工質(zhì)量及表面粗糙度都有重要的影響，但還應(yīng)綜合考慮機床、刀具、材料、工藝路線的因素，切削三要素的選擇原則是：粗加工盡量采用大切削量，大進給，低切削速度，以快速達到切除多余余量的目的。精加工以小進給、小切削量、高轉(zhuǎn)速來達到獲得較好的表面質(zhì)量和加工精度的要求。第一，背吃刀量的選擇。背吃刀量需要根據(jù)加工量、機床、刀具的剛性、材料來決定。比如該手柄零件材料是硬鋁，毛坯大小是Φ30×80mm，根據(jù)這個材料分析，該零件的粗加工背吃刀量可以選擇最大，粗加工一次全部切除多余余量，留有0.8mm左右的精加工余量保證精度和表面質(zhì)量。如果遇到加工余量不均勻時，粗加工應(yīng)該分多次切削，在刀具壽命允許范圍內(nèi)快速去除多余余量。第二，切削速度的選擇。切削速度一般根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速和毛坯直徑來確定，一般根據(jù)公式n=1000Vc/πD來進行計算，在加工前先對機床的最高轉(zhuǎn)速進行了解，掌握機床在什么轉(zhuǎn)速范圍中易產(chǎn)生振動，并對刀具的材料背吃刀量進行了解，盡量避免在連續(xù)切削過程中，刀具產(chǎn)生較大沖擊力和熱量，形成積削瘤。一般情況下粗加工時選擇低轉(zhuǎn)速，精加工選擇高轉(zhuǎn)速。根據(jù)分析，該手柄零件在粗加工選擇n=800r/min，精加工選擇n=1200r/min較為合適，滿足工藝剛性、零件粗糙度和表面質(zhì)量的要求。第三，進給速度的選擇。進給速度的選擇也應(yīng)根據(jù)材料、刀具、機床來決定，在機床剛性允許的范圍中，粗加工肯定是選用大進給以達到快速去除毛坯的目的，精加工為保證表面質(zhì)量需要較小的進給速度。根據(jù)圖1所示的零件，結(jié)合零件材料及刀具、機床特性，該手柄零件在粗加工時進給速度f為1.2mm/r，精加工時f為0.8mm/r較為合適。

2 提高零件加工工藝水平的措施

2.1 掌握前沿數(shù)控技術(shù)

零件數(shù)控加工的影響因素很多，數(shù)控技術(shù)及機床也在不斷地發(fā)生變化，工藝制定者要不斷學習新的數(shù)控技術(shù)，掌握前沿數(shù)控技術(shù)，提升自己的工藝水平，將信息化技術(shù)融入到數(shù)控加工領(lǐng)域，比如復雜零件可采用云處理、前沿軟件等建立直觀的模型，觀察零件是否符合機床的加工特點，判斷是否有更好的加工方法等，不斷拓展自己的知識面和視野，提高自己的能力。

2.2 提高自身工藝水平

機械加工有一句俗語，一百個工藝員可能會有五十個不同的工藝，但最好的工藝就是那么幾種。工藝員也要不斷地學習，解放思想，積極學習國內(nèi)外先進的優(yōu)秀經(jīng)驗，跟同行業(yè)的優(yōu)秀工藝員相互交流、學習，結(jié)合自己的實際情況，取長補短，彌補自身不足，提升生產(chǎn)人員的水平，加大培訓力度，鼓勵企業(yè)員工進行技術(shù)創(chuàng)新，提高零部件加工水平。

3 結(jié)語

工藝在數(shù)控加工中的重要性不言而喻，也是企業(yè)參與市場競爭的重要核心技術(shù)之一。零件制造水平的提高需要制定出合理的加工工藝，選擇最佳的加工參數(shù)，發(fā)揮機床和刀具的最優(yōu)切削性能。我們在認識到工藝重要性的同時也要不斷提高自己的專業(yè)素養(yǎng)，不斷發(fā)掘工藝制定和加工中存在的不足和缺點，及時改進，學習先進的工藝技術(shù)和制造方法應(yīng)用到零件加工中，提高產(chǎn)品加工質(zhì)量。