數(shù)控車床加工精密薄壁零件的工藝探討

關(guān)海英 雷彪

摘要： 本文首先對(duì)數(shù)控車床加工的工藝特點(diǎn)進(jìn)行了闡述，其次對(duì)數(shù)控車床的加工方法進(jìn)行了說(shuō)明，提出技術(shù)人員應(yīng)做好零件裝夾工作、優(yōu)化加工流程等與步驟等觀點(diǎn)，最后重點(diǎn)研究了與零件數(shù)控車床加工有關(guān)的工藝實(shí)踐，幫助有關(guān)人員了解零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、裝夾方案和加工過(guò)程。事實(shí)證明，相關(guān)研究為不僅為薄壁零件的高質(zhì)量加工提供了參考，還有利于提高零件加工質(zhì)量，具有較強(qiáng)的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

Abstract： This paper first expounds the process characteristics of CNC lathe processing， discusses the technicians， optimize the processing process and steps， and studies the process practice related to CNC lathe processing， to understand the structural characteristics， loading and binding scheme and processing process.Facts have proved that the relevant research not only provides a reference for the high quality processing of thin-wall parts， but also is conducive to improve the processing quality of parts， which has strong theoretical value and practical significance.

關(guān)鍵詞： 薄壁零件;精密加工;數(shù)控車床

Key words： thin wall parts;precision machining;CNC lathe

中圖分類號(hào)：TG519.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）23-0105-02

0? 引言

近幾年，由于精密薄壁零件具有質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)勢(shì)，已被廣泛應(yīng)用在汽車、航空與機(jī)械制造領(lǐng)域中，為各行業(yè)發(fā)展提供支持。由于零件本身剛性差、強(qiáng)度不足，對(duì)其進(jìn)行加工時(shí)極易出現(xiàn)變形問(wèn)題，影響零件加工質(zhì)量與精度。為改善上述問(wèn)題，本文選取薄壁零件作為研究對(duì)象，先分析了數(shù)控車床工藝的應(yīng)用價(jià)值，隨后對(duì)該工藝技術(shù)的特點(diǎn)、方法與實(shí)踐內(nèi)容進(jìn)行深度剖析，供相關(guān)人員參考。

1? 數(shù)控車床加工工藝特點(diǎn)

數(shù)控車床加工對(duì)象以回轉(zhuǎn)體零件為主，若零件具有以下特征，便可采取數(shù)控加工方案：一是對(duì)精度所提出要求較高。二是對(duì)表面粗糙度具有嚴(yán)格要求。三是表面形狀相對(duì)復(fù)雜。四是有較為特殊的螺紋。另外，該工藝還可被用來(lái)對(duì)零件進(jìn)行淬硬處理。相較于傳統(tǒng)車床，數(shù)控車床的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面，首先是高難度加工，以內(nèi)成型面零件為例，由于此類零件的特點(diǎn)是肚大口小，僅憑借傳統(tǒng)車床往往無(wú)法完成高效加工和檢測(cè)的工作，數(shù)控車床強(qiáng)調(diào)利用加工程序?qū)嚨哆\(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行控制，可借助數(shù)控功能對(duì)薄壁零件進(jìn)行高難度加工。其次是加工效率極高，為保證加工效率達(dá)到預(yù)期，有關(guān)人員可選擇以數(shù)控車床為載體，通過(guò)新增控制軸坐標(biāo)的方式，使一臺(tái)車床具備同時(shí)對(duì)多個(gè)零件進(jìn)行加工的功能，另外，這樣設(shè)計(jì)還有助于自動(dòng)化加工目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)[1]。與傳統(tǒng)車床加工相比，利用數(shù)控車床進(jìn)行加工的工序更為復(fù)雜，加工作業(yè)需要滿足的要求也更高，這點(diǎn)需要引起重視。最后是加工精度理想，薄壁零件的尺寸精度往往能夠達(dá)到1mm左右，零件表面的粗糙度以Ra2mm較為常見(jiàn)，回轉(zhuǎn)體等薄壁零件均能夠通過(guò)數(shù)控車床完成加工工作。

2? 數(shù)控車床加工精密薄壁零件的方法

2.1 薄壁零件特點(diǎn)

薄壁零件指的是壁厚在1mm以下的金屬零件，其特點(diǎn)可被概括為結(jié)構(gòu)硬度高、整體質(zhì)量輕以及材料消耗較少，現(xiàn)已在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。對(duì)薄壁零件進(jìn)行加工時(shí)，由于其整體強(qiáng)度偏低，不僅加工難度極大，出現(xiàn)工藝質(zhì)量問(wèn)題的概率也較常規(guī)零件更高，若不及時(shí)解決上述問(wèn)題，將給零件功能性造成巨大影響，對(duì)數(shù)控車床加以應(yīng)用是大勢(shì)所趨。雖然引入數(shù)控加工技術(shù)可使零件精度和質(zhì)量得到改善，考慮到該技術(shù)極易被工藝、機(jī)床還有刀具因素所影響，要想使其優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮，關(guān)鍵是要對(duì)加工技術(shù)進(jìn)行升級(jí)，促使加工工藝朝著更加科學(xué)且完善的方向前進(jìn)。

2.2 做好零件裝夾

研究表明，數(shù)控加工質(zhì)量將給零件質(zhì)量產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，在科技發(fā)展速度極快的當(dāng)今社會(huì)，數(shù)控技術(shù)已逐漸走向完善，開(kāi)始有大量企業(yè)選擇利用仿真技術(shù)完成工藝加工。在此過(guò)程中零件裝夾問(wèn)題需要引起重視，這是因?yàn)楸”诹慵?duì)加工精度所提出要求極為嚴(yán)格，要想使零件質(zhì)量得到保證，關(guān)鍵是要對(duì)其剛性進(jìn)行減弱，通過(guò)裝夾的方式，達(dá)到提高零件精度的目的。

在對(duì)零件進(jìn)行裝夾時(shí)，有關(guān)人員可酌情做出調(diào)整，以確保裝夾具備良好緊湊性為前提，加大對(duì)回轉(zhuǎn)力矩陣加以控制的力度。另外，考慮到裝夾本身極易被主軸所影響，只有以主軸頂端為載體，對(duì)重心控制進(jìn)行集成，才可使各項(xiàng)工作按照預(yù)期流程開(kāi)展。對(duì)相關(guān)工作加以落實(shí)時(shí)，以下內(nèi)容需要尤為注意：一是以現(xiàn)場(chǎng)情況為依據(jù)，對(duì)裝夾位置和力度加以確定，嚴(yán)格控制零件形變量，使其精度得到改善。二是對(duì)零件材料進(jìn)行科學(xué)選擇，結(jié)合懸梁伸縮系統(tǒng)所表現(xiàn)出特點(diǎn)，控制慣性力度，確保零件質(zhì)量與精度達(dá)到預(yù)期水平[2]。三是通過(guò)平衡調(diào)整，解決裝夾所存在的振動(dòng)問(wèn)題，避免零件質(zhì)量受到不必要的影響。

2.3 設(shè)計(jì)工藝流程

對(duì)工藝流程進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，既能夠使加工零件的效率得到提高，還可以使零件進(jìn)度有所提升。隨著數(shù)控車床的加入，零件質(zhì)量將上升至全新高度，不僅加工環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤的概率有所降低，加工速度也會(huì)更接近預(yù)期。要想使數(shù)控機(jī)床優(yōu)勢(shì)得到更加充分的發(fā)揮，關(guān)鍵是有切實(shí)可行的方案和明確的工藝流程作為基礎(chǔ)，確保薄壁零件較易出現(xiàn)的變形問(wèn)題得到有效解決。在前期準(zhǔn)備階段，由專業(yè)人員整理零件加工所涉及的各方面因素，包括但不限于幾何切割面及受力因素，在保證切割流程有序開(kāi)展的基礎(chǔ)上，提升方案設(shè)計(jì)具有的合理性。此外，仿真技術(shù)的出現(xiàn)也推動(dòng)了零件加工工藝的發(fā)展，有關(guān)人員可利用仿真技術(shù)對(duì)零件加工所需數(shù)據(jù)進(jìn)行演算分析，獲得可為加工質(zhì)量提供保證的理論基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)零件精度進(jìn)行提高的方式，使零件質(zhì)量達(dá)到相關(guān)要求。

此外，為保證工藝質(zhì)量達(dá)到預(yù)期，有關(guān)人員計(jì)劃以加工方法、工藝方案為落腳點(diǎn)，對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行全面優(yōu)化。一方面，出于使孔所呈現(xiàn)出狀態(tài)始終處于可控范圍內(nèi)的考慮，對(duì)零件進(jìn)行精密加工時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用光一刀技術(shù)，通過(guò)對(duì)加工質(zhì)量加以提升的方式，為加工效果提供保證。結(jié)合實(shí)踐所積累經(jīng)驗(yàn)可知，有關(guān)人員應(yīng)以零件加工情況為依據(jù)，對(duì)加工機(jī)器進(jìn)行選擇，真正做到既提升加工強(qiáng)度，又強(qiáng)化零件所具有穩(wěn)定性，將零件損壞概率降至最低。另一方面，以設(shè)計(jì)需求為依據(jù)，先粗銑零件端面，再通過(guò)加熱的方式對(duì)其進(jìn)行整體加工，在此期間以下內(nèi)容應(yīng)引起重視：利用軸向壓緊替代徑向夾緊，確保零件僅承受軸向力，從而有效解決零件加工環(huán)節(jié)較為常見(jiàn)的夾緊變形問(wèn)題。待上述加工環(huán)節(jié)告一段落，有關(guān)人員應(yīng)及時(shí)對(duì)零件進(jìn)行退熱，為后續(xù)的精加工提供便利。精加工的重點(diǎn)是提前確定余量，以免由于余量不足，導(dǎo)致加工作業(yè)難以有序開(kāi)展或內(nèi)圓設(shè)計(jì)形態(tài)無(wú)法被修正[3]。

3? 數(shù)控車床加工精密薄壁零件的工藝實(shí)踐

3.1 零件結(jié)構(gòu)分析

回轉(zhuǎn)體零件所使用材料是45#鋼，零件毛坯尺寸是Ф54mm×120mm，要求有關(guān)人員以設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)明尺寸及要求為依據(jù)，利用數(shù)控車床對(duì)零件進(jìn)行精密加工。該零件右端的特點(diǎn)如下：端面平齊，外輪廓有單線外螺紋一個(gè)，退刀槽一個(gè)，凹圓弧面一個(gè)，圓弧倒角兩個(gè)。左端特點(diǎn)同樣為端面平齊，外輪廓共有三個(gè)平底槽，各平底槽的深度及寬度相等，內(nèi)輪廓采用口大內(nèi)小的設(shè)計(jì)，有內(nèi)圓柱螺紋一個(gè)、內(nèi)退刀槽一個(gè)及錐面兩個(gè)。

3.2 裝夾方案設(shè)計(jì)

利用數(shù)控車床對(duì)回轉(zhuǎn)體零件進(jìn)行加工，首選裝夾方式為三爪裝夾，由于零件整體長(zhǎng)度較短，通常不需要對(duì)其進(jìn)行頂尖支撐。具體裝夾方案如下：第一步，對(duì)零件左端進(jìn)行加工，將毛坯相對(duì)平整的部分作為粗基準(zhǔn)，通過(guò)裝夾的方式固定在卡盤(pán)上，將零件外伸長(zhǎng)度控制在50mm左右，選擇45°的外圓車刀作為主要工具，由專業(yè)人員利用外圓車刀對(duì)端面進(jìn)行手動(dòng)加工，隨后，利用中心鉆在指定位置鉆出中心孔，借助Ф20mm規(guī)格的鉆頭對(duì)底孔進(jìn)行加工并進(jìn)行數(shù)控加工。第二步，以左端面為精基準(zhǔn)，利用120mm長(zhǎng)、0.2mm厚的銅皮將其完全包裹，將加工完畢的外表面夾緊。對(duì)于需要大量加工的零件，有關(guān)人員可利用軟爪對(duì)零件右端進(jìn)行裝夾，這樣做可省略找正步驟、提升加工速率。待裝夾精基準(zhǔn)的工作告一段落，便可利用外圓車刀對(duì)端面進(jìn)行加工，在保證端面長(zhǎng)度符合要求的基礎(chǔ)上，完成數(shù)控加工及后續(xù)工作[4]。

3.3 加工工藝過(guò)程

在加工以套類、盤(pán)類及軸類為代表的回轉(zhuǎn)體零件時(shí)，優(yōu)先選擇數(shù)控車床加工，旨在確保零件形位精度、尺寸精度還有表面粗糙度達(dá)到相關(guān)要求。對(duì)零件進(jìn)行加工的流程如下：首先，由專業(yè)人員分析零件設(shè)計(jì)圖紙，根據(jù)圖紙所提出要求，分別對(duì)基點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，確定裝夾作業(yè)結(jié)束后零件所對(duì)應(yīng)坐標(biāo)系。其次，對(duì)加工方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體內(nèi)容包括確定裝夾方案與加工順序，科學(xué)選擇刀具并調(diào)整加工余量，視情況選擇切削液以及切削用量。再次，對(duì)測(cè)試程序進(jìn)行編制，將加工程序輸入對(duì)應(yīng)的數(shù)控車床。最后，在對(duì)零件和刀具進(jìn)行裝夾的基礎(chǔ)上，完成零件檢測(cè)工作。事實(shí)證明，只有按部就班的完成上述步驟，才能在保證零件加工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，縮短數(shù)控車床加工用時(shí)并節(jié)約能源，使車床磨損率得到控制，刀具壽命及勞動(dòng)生產(chǎn)率也會(huì)得到顯著提高。

實(shí)際加工中以下內(nèi)容需要引起重視：一是在選擇刀具時(shí)，有關(guān)人員應(yīng)以零件特點(diǎn)和需要達(dá)到的要求為依據(jù)。對(duì)本文所討論回轉(zhuǎn)體零件而言，其右端及左端所使用刀具存在明顯差異，右端需要用到35°的外圓車刀、60°的外徑螺紋刀以及3mm的外切槽道，左端則需要在上述刀具的基礎(chǔ)上，新增Ф16mm規(guī)格的內(nèi)控車刀。二是對(duì)加工余量進(jìn)行確定的依據(jù)通常是加工工序，對(duì)長(zhǎng)度和外圓輪廓進(jìn)行粗加工時(shí)，加工余量應(yīng)被控制在0.4mm左右，對(duì)長(zhǎng)度和外圓輪廓進(jìn)行半精加工時(shí)，余量調(diào)整為0.2mm。而對(duì)長(zhǎng)度及內(nèi)圓輪廓進(jìn)行粗加工需要預(yù)留的加工余量，通常在0.3mm～0.5mm之間，在進(jìn)行到半精加工環(huán)節(jié)時(shí)，有關(guān)人員可將加工余量更改成0.1mm。三是基于道具和加工材料等因素確定切削液類型，在本項(xiàng)目中，有關(guān)人員指出應(yīng)對(duì)油性切削液加以應(yīng)用，切削用量以加工手冊(cè)為準(zhǔn)。

4? 結(jié)論

綜上，本文以精密薄壁零件的加工作為研究課題，分析了數(shù)控車床技術(shù)在零件加工中的應(yīng)用價(jià)值。研究表明，將數(shù)控車床應(yīng)用在精密零件的加工中并對(duì)具體加工流程進(jìn)行控制，有利于實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，確保零件加工符合精細(xì)化與可控性原則，得薄壁零件具有良好的加工精度與應(yīng)用性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]高顯勝，周揚(yáng)，李澤宇，等.大型非封閉圓薄壁鑄鋁合金零件車削加工[J].金屬加工（冷加工），2020（11）：69-72.

[2]李小曼，李善良，張冶，等.大直徑薄壁導(dǎo)管數(shù)控彎曲成形技術(shù)淺析[J].輕合金加工技術(shù)，2019，047（011）：47-51.

[3]王良，周金強(qiáng)，何曉青，等.大直徑薄壁框類零件的五軸聯(lián)動(dòng)加工工藝優(yōu)化[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2020（09）：7-11.

[4]黃志偉，李珊.基于變形控制的薄壁板狀壓鑄件加工精度保證[J].特種鑄造及有色合金，2020，40（03）：66-68.