彭衛(wèi)生

摘要： 零件加工是當(dāng)下機(jī)械加工行業(yè)中的重要組成部分，而薄壁零件的數(shù)控車削加工更是零件加工中的重點(diǎn)與難點(diǎn)，為了更進(jìn)一步保證薄壁零件的加工質(zhì)量，有關(guān)人員一定要充分了解影響薄壁零件加工精度的因素，并不斷研究有效提升薄壁零件數(shù)控車削加工工藝的措施。最后，有關(guān)人員更要進(jìn)一步通過薄壁零件數(shù)控車削實(shí)例，來充分掌握其加工工藝。

Abstract： Part processing is an important part of the current machining industry， and the NC turning of thin-walled parts is the key and difficult point in part processing. In order to further ensure the machining quality of thin-walled parts， relevant personnel must fully understand the factors affecting the machining accuracy of thin-walled parts and constantly study the measures to effectively improve the NC turning process of thin-walled parts. Finally， relevant personnel should further master the machining process through the example of NC turning of thin-walled parts.

關(guān)鍵詞： 薄壁零件;數(shù)控車削;影響因素;優(yōu)化措施;實(shí)例分析

Key words： thin wall parts;NC turning;influence factor;optimization measures;case analysis

中圖分類號(hào)：TG659 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2022）05-0103-03

0 ?引言

在機(jī)械工業(yè)行業(yè)中，為了有效滿足產(chǎn)品整體對于零件質(zhì)量與體積的要求，需要機(jī)械加工人員能夠按照圖紙要求來加工出體積較小、精度較高的產(chǎn)品零件，對數(shù)控車削加工工藝提出了一定的要求。數(shù)控車削在加工過程中需要通過機(jī)械設(shè)備對母材進(jìn)行相應(yīng)的處理，故對于的最終成型的產(chǎn)品有一定的強(qiáng)度與剛度依賴，但是薄壁零件由于自身的結(jié)構(gòu)較為單薄，很大程度上削弱了零件的強(qiáng)度與剛度，故為了更好的保證零件加工質(zhì)量，有關(guān)人員需要進(jìn)一步掌握薄壁零件的車削技巧，并在實(shí)際應(yīng)用中不斷進(jìn)行實(shí)踐，有效提升薄壁零件的數(shù)控車削加工質(zhì)量。

1 ?影響薄壁零件加工精度的因素

在薄壁零件的實(shí)際車削加工過程中，需要有關(guān)人員了解影響其加工精度的主要因素，以在實(shí)際加工過程中對該類問題進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注與優(yōu)化，從而切實(shí)提升薄壁零件的加工精度，其影響因素主要如下。

第一，數(shù)控車床的刀具。數(shù)控車床的刀具在實(shí)際應(yīng)用過程中，需要針對代加工母材的材料進(jìn)行合理的更換與選用，通常情況下，刀具的硬度要高于母材的硬度。同時(shí)，有關(guān)人員也要不斷保證刀具的磨損狀態(tài)，為車削加工提供良好的條件基礎(chǔ)。第二，機(jī)床方面。對于同類的機(jī)床而言，所能展現(xiàn)出的加工精度也有很大差別，因此在進(jìn)行薄壁零件車削加工時(shí)，有關(guān)人員要充分了解車床的最大加工精度是否能滿足薄壁零件的設(shè)計(jì)要求，若兩者之間存在硬性差距，那么如何優(yōu)化加工工藝都無法滿足最終的加工要求[1]。第三，車削熱因素。機(jī)床車削的過程中，母材與機(jī)床刀具會(huì)發(fā)生非常激烈的摩擦，并在此過程中釋放大量的熱，從而在一定程度上影響刀具與母材的自身悟性，同時(shí)熱量也會(huì)使薄壁零件產(chǎn)生細(xì)微的形變，由于薄壁零件對于尺寸的要求跟為精密，很有可能由于微弱的熱變形影響最終的加工結(jié)果。第四，切削力因素。在數(shù)控車窗在進(jìn)行的切削加工的過程中，由于產(chǎn)生的切削力會(huì)導(dǎo)致工件和刀具發(fā)生一定的變形，固有關(guān)人員需要充分保證切削力問題，從而滿足薄壁零件的加工精度。第五，工件因素。薄壁零件的加工過程中對于工件整體的要求較大，由于數(shù)控車床的切削力度較大，需要穩(wěn)定性極高的工裝對薄壁零件進(jìn)行夾取，同時(shí)工裝夾具的設(shè)計(jì)也要能充分契合薄壁零件的整體形狀[2]。

2 ?有效提升薄壁零件數(shù)控車削加工工藝的措施

在上述內(nèi)容中對于薄壁零件機(jī)床加工的影響因素進(jìn)行了簡單的概述，為此有關(guān)人員在實(shí)際加工過程中需要具有針對性的對于上述影響因素進(jìn)行合理優(yōu)化，并保證加工工藝的有序性。

2.1 合理進(jìn)行機(jī)床選擇

在數(shù)控車床的加工人員充分了解待加工零件的圖紙信息后，首先要確認(rèn)的工作即是合理選擇加工機(jī)床。而在機(jī)床的選擇過程中，需要有關(guān)人員重點(diǎn)關(guān)注以下問題。第一，要通過觀察薄壁零件的具體形狀，選擇不同的機(jī)床類型。這里需要工作人員能夠充分了解每種數(shù)控加工的車削方式，并根據(jù)零件的不同形狀選擇最直接的加工方式[3]。舉個(gè)最為簡單的例子，若圖紙顯示零件形狀為圓柱形，那么對應(yīng)的機(jī)床選擇一定是車床，若盲目選擇其他契合程度較低的機(jī)床，則會(huì)造成相當(dāng)大的加工損失，并浪費(fèi)相應(yīng)資源。但是實(shí)際加工過程中，薄壁零件可能由于自身較為復(fù)雜的零件形狀，需要工作人員選擇多種機(jī)床進(jìn)行組合加工，故有關(guān)人員需要掌握對應(yīng)的車削知識(shí)，最大程度上為零件加工工作提升工作效率。第二，選擇對應(yīng)精度的數(shù)控機(jī)床。在機(jī)械加工過程中，工作人員通常會(huì)根據(jù)不同的零件要求選擇對應(yīng)精度的機(jī)床來保證零件符合設(shè)計(jì)要求。通俗而言，當(dāng)零件的精度要求大于機(jī)床所能達(dá)到的精度時(shí)，那么其加工結(jié)構(gòu)一定不能滿足加工要求。同時(shí)，當(dāng)機(jī)床的加工精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于零件要求的精度時(shí)，又會(huì)嚴(yán)重降低加工效率，故在選擇機(jī)床的過程中，一定要準(zhǔn)確了解對應(yīng)的機(jī)床精度，從而保證機(jī)械加工的效率與精度[4]。

2.2 實(shí)現(xiàn)裝夾方式調(diào)整

在實(shí)際的機(jī)械加工過程中，由于零件本身的形狀設(shè)計(jì)，會(huì)在一定程度上導(dǎo)致裝夾與刀具的干涉問題，特別是在進(jìn)行薄壁零件的機(jī)械加工過程中，由于零件本身的尺寸較小，留給工裝夾具的空間更小，從而在機(jī)械加工過程中導(dǎo)致裝夾的難度更大。故在進(jìn)行實(shí)際夾裝的過程中，有關(guān)人員需要重點(diǎn)關(guān)注以下內(nèi)容。首先，要明確保證工裝夾具的夾點(diǎn)不會(huì)與機(jī)床刀具產(chǎn)生干涉，從而為機(jī)械加工創(chuàng)造最基本的工作環(huán)境。其次，在零件左邊預(yù)留對應(yīng)的法蘭，并在內(nèi)孔處設(shè)立相應(yīng)的螺紋。最后，工裝夾具的設(shè)計(jì)要充分考慮到機(jī)械加工過程中對于零件的翻轉(zhuǎn)要求，保證任何情況下都不會(huì)發(fā)生刀具與夾具的干涉現(xiàn)象，若單獨(dú)夾具無法滿足對應(yīng)的要求，有關(guān)人員可以相應(yīng)設(shè)計(jì)不同情況的夾具，并在加工過程中進(jìn)行更換以最大程度上保證加工的完成度[5]。

2.3 合理安排加工工序

在機(jī)械加工過程中，合理的工序安排也是保證薄壁零件加工精度的有效措施之一。通常情況下，薄壁零件機(jī)械加工需要有限控制零件的最大外延尺寸，該步驟會(huì)將零件直接定義為長方體或圓柱體，保證該形狀的尺寸范圍能夠覆蓋住零件的最大尺寸，并留有一定的加工余量。在保證母材滿足零件的最大外延尺寸后，可以進(jìn)一步針對設(shè)計(jì)要求進(jìn)行初步加工，若零件的設(shè)計(jì)需要不同的機(jī)床結(jié)合完成，則需要根據(jù)圖紙的基準(zhǔn)單位合理安全對應(yīng)的加工順序。例如，當(dāng)設(shè)計(jì)圖紙以定位孔為基準(zhǔn)單位，那么加工人員則需要根據(jù)基準(zhǔn)孔來出發(fā)找到其最近的加工位置，并根據(jù)對應(yīng)的零件位置安排相應(yīng)的機(jī)床，同時(shí)后續(xù)的機(jī)床安排可以依次根據(jù)基準(zhǔn)單位出發(fā)，逐步進(jìn)行。最后，根據(jù)實(shí)際需要對零件進(jìn)行進(jìn)一步的精加工，通常情況下該步驟的加工精度通常保證在毫米的十分之一或百分之一的級(jí)別，具體視零件要求與設(shè)備能力而言。如果零件對表面的光度等因素有進(jìn)一步需求，可能還會(huì)安排對應(yīng)的拋光、硬化等加工工序。

2.4 合理選擇機(jī)床刀具

在指定過相應(yīng)的加工工序，在實(shí)際加工開始之前最為重要的步驟即是選擇對應(yīng)的機(jī)床刀具，而對于刀具的選擇主要需要工作人員注重以下兩方面問題。第一，刀具的材料。選擇合理的刀具材料能夠直接決定刀具的硬度，從而在加工過程中有效解決摩擦過重或相應(yīng)的粘結(jié)性問題。而刀具硬度的確定則需要有關(guān)人員根據(jù)待加工零件的材料硬度來決定，該問題的處理需要工作人員根據(jù)實(shí)際材料的具體情況來進(jìn)行綜合決定。第二，刀具的幾何構(gòu)造。刀具的幾何構(gòu)造在很大程度上會(huì)影響零件的加工精度，也會(huì)相應(yīng)釋放或限制機(jī)床的動(dòng)作空間。因此，在實(shí)際加工過程中，工作人員需要根據(jù)薄壁零件的具體切削位置來合理選擇對應(yīng)的刀具幾何構(gòu)造，保證其加工能夠最大程度上滿足設(shè)計(jì)要求。

2.5 選擇合理切削用量

在選擇合理的刀具進(jìn)行實(shí)際切削造作之前，有關(guān)人員需要確定的問題即是選擇合理的切削用量。切削用量即是母材在形成最終的零件形狀過程中被機(jī)床切削掉的部分，該部分與薄壁零件的表面非常接近，甚至切削部分的表面與零件表面在某種程度上共享。因此，刀具與切削部分摩擦所產(chǎn)生的熱量與表面應(yīng)力會(huì)對零件形成一定的影響，故通常情況下加工人員要根據(jù)加工圖紙所指出的對應(yīng)要求來確定切削用量，從而保證實(shí)際切削后在零件表面留有相應(yīng)余量，并最終采用精加工形式對零件進(jìn)行加工。同時(shí)為了最大程度上保證切削所產(chǎn)生的熱量不會(huì)對零件產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，故在加工過程中可以采用合理的方式繼續(xù)冷卻，以保證切削過程的順利進(jìn)行。

3 ?薄壁零件的數(shù)控車削加工實(shí)例分析

為了更好的幫助有關(guān)人員掌握薄壁零件的加工方式，本文對薄壁零件的實(shí)際加工過程進(jìn)行結(jié)構(gòu)，在說明示例零件的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步安排對應(yīng)的工藝方案，意在幫助有關(guān)人員更好的了解薄壁零件的加工過程。

3.1 零件結(jié)構(gòu)分析

本實(shí)例分析所選用的零件的如圖1所示，整體觀察該零件的主要形狀由圓柱面、逆圓弧、順圓弧、內(nèi)螺紋等結(jié)構(gòu)組成，材料為45號(hào)鋼，毛坯為內(nèi)輪廓基本相似的鑄件φ85mm×55mm。

通過圖1所示可以明確發(fā)現(xiàn)，該零件的壁厚只有2mm，同時(shí)對于加工精度的要求較高，并且通過零件的形狀可以明確了解到，該零件在加工過程中極易發(fā)生變形問題，可以憑借數(shù)控機(jī)床的加工經(jīng)驗(yàn)將變形問題總結(jié)為：夾緊變形、震動(dòng)變形、熱變形、測量變形。其中夾緊變形的主要原因可能是由于零件的壁厚較低，較弱的結(jié)構(gòu)剛度在夾具的影響可能會(huì)產(chǎn)生對應(yīng)的塑性形變，最終導(dǎo)致加工結(jié)果與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)產(chǎn)生偏差。而其他類變形基本是由于對應(yīng)的切削熱、切削力、內(nèi)應(yīng)力等問題所造成。故在后續(xù)的實(shí)際加工過程中有關(guān)人員需要重視上述問題，并采用相應(yīng)的措施對其進(jìn)行合理糾正。

3.2 工藝方案設(shè)計(jì)

3.2.1 操作步驟

通過上述內(nèi)容對于的該薄壁零件的結(jié)構(gòu)分析，現(xiàn)將其對應(yīng)的操作步驟制定為如下內(nèi)容。首先確定明確的加工方向，該零件可以加緊毛坯左側(cè)，從其右側(cè)端面進(jìn)行加工。其次，通過加工圖紙確定整體加工的外輪廓尺寸為φ80mm×13.3mm。再次，該加工選用φ26鉆頭來完成通孔加工，并以粗、精加工的形式來完成零件的內(nèi)輪廓。最后，選擇對應(yīng)的編程形式來完成對應(yīng)的螺紋加工，并繼續(xù)沿用粗、精加工的混合形式來完成外輪廓加工。此外，在完成對應(yīng)上述加工步驟后，采用合理檢查零件尺寸，即完成對于該零件的整體加工[6]。

3.2.2 減少和防止薄壁件加工變形的方法

為了更好的保證薄壁零件的加工精度，需要有關(guān)人員針對上述內(nèi)容對于材料變形的多種風(fēng)險(xiǎn)做出相應(yīng)的應(yīng)對對策，從而有效防止薄壁零件在加工過程中出現(xiàn)的變形問題。通過上述內(nèi)容對于薄壁零件的結(jié)構(gòu)以及操作步驟進(jìn)行介紹后，該零件的形變處理方法如下。

首先，針對夾緊變形制作相應(yīng)的夾具來保證零件在加工過程中能夠更好的滿足夾緊功能同時(shí)不會(huì)對薄壁零件產(chǎn)生影響。傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床普遍采用三爪卡盤最為夾緊裝置，但是由于該薄壁零件的左側(cè)長度不足，同時(shí)整體的圓弧形式在內(nèi)部不存在良好的支撐性，三爪卡盤較小的受力面積很容易導(dǎo)致該零件出現(xiàn)夾緊變形。因此，需要設(shè)計(jì)對應(yīng)的開縫套筒使接觸面積增大，同時(shí)起到固定零件與減少夾具壓強(qiáng)的方式來相應(yīng)減少壓緊力帶來的變形問題。薄壁零件的數(shù)控車削加工設(shè)計(jì)形式如圖2、圖3、圖4所示。

其次，在對薄壁零件進(jìn)行相應(yīng)的粗、精加工時(shí)，也要根據(jù)不同的切削過程中調(diào)整對應(yīng)的夾緊力。在粗加工過程中，由于切削余量較大，需要適量增大夾緊力，而在進(jìn)行精加工時(shí)，要適量減少夾緊力，同時(shí)由于精加工一定會(huì)安排在對應(yīng)的精加工之后，故有關(guān)人員需要運(yùn)用合理的方法將粗加工產(chǎn)生的切削力消除掉，以保證后續(xù)的切削精度。

最后，選擇合理的刀具幾何參數(shù)來降低薄壁零件加工過程中所產(chǎn)生的切削力與切削熱。其中刀具幾何參數(shù)的選擇思路通常為增大刀具的前角與主偏角，減少刀尖的圓弧半徑，并使刀具保持刃口鋒利。同時(shí)在車削的過程中，可以采用合適的切削液，保證車削過程的潤滑與冷卻，幫助降低切削溫度，更好的抵制由切削熱所產(chǎn)生的熱變形。

4 ?結(jié)束語

綜上所述，薄壁零件在數(shù)控機(jī)床的切削加工中具有一定的難度，有關(guān)人員要充分通過零件圖紙來確認(rèn)其對應(yīng)的操作流程，并合理針對夾緊變形、切削熱等問題采取有效措施。

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