平艷玲

（長(zhǎng)治職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 長(zhǎng)治 046000）

薄壁類零件本身的結(jié)構(gòu)相對(duì)薄弱，加工難度較大，并且在目前數(shù)控機(jī)床操作環(huán)節(jié)，對(duì)于操作人員而言，最難的問題就是對(duì)薄壁零件的加工。因此在設(shè)計(jì)過程中采取工裝夾具等來分析具體電氣設(shè)備中的支護(hù)件結(jié)構(gòu)，然后利用數(shù)控車床進(jìn)行加工，判斷影響其加工精度的相關(guān)因素，以優(yōu)化設(shè)計(jì)來促進(jìn)后續(xù)加工工作順利開展。同時(shí)，也需注重后續(xù)加工質(zhì)量的保障措施，提升薄壁類零件的加工精度。

1 零件結(jié)構(gòu)分析

目前所加工的薄壁零件是指壁厚在1 mm以下的零件，其本身質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)硬、耗材少，在各種工業(yè)建筑工程中應(yīng)用范圍較廣。但是由于在加工期間其本身的剛性與強(qiáng)度較低，導(dǎo)致加工難度提升，容易引起多種工藝質(zhì)量問題，難以發(fā)揮出其具體的功能性[1]。數(shù)控加工能夠改善薄壁零件的質(zhì)量和精密度，但是在實(shí)際加工過程中會(huì)受到加工工藝、機(jī)床和刀具等各個(gè)方面因素的影響。因此需要分析對(duì)其結(jié)構(gòu)與加工精度有影響的因素，改善工藝質(zhì)量的同時(shí)提升加工精度。

以某電氣設(shè)備中的支護(hù)件為例，該支護(hù)件為45#鋼材質(zhì)，屬于典型的薄壁零件，其中，該零件的兩翼支腿部分高度為30 mm，最薄壁厚為1 mm，最厚壁厚為2 mm。兩腿連接的大板有著較大的尺寸，壁厚為2 mm，豎直與水平方向都存在薄壁部分。該零件本身的可裝夾性較差，在具體加工中存在的難度如下：對(duì)于兩支腿之間的尺寸控制存在難度，支腿位置1 mm處的尺寸精度較難控制，并且還需保障大板表面的粗糙程度，這些都是本部件加工的難點(diǎn)。

2 影響薄壁零件加工精度的因素

2.1 受力產(chǎn)生的變形問題

目前，我們所研究的薄壁零件其自身厚度決定了其是否需要實(shí)施夾緊等工作內(nèi)容，并且該支護(hù)件本身的可裝夾性較弱，這樣在力的作用下，不僅容易發(fā)生變形，而且容易產(chǎn)生位置的變化。因此選擇部件夾緊力和支撐的位置十分重要，如果位置選擇不當(dāng)，很容易產(chǎn)生附加力，影響其加工精度[2]。

2.2 受熱產(chǎn)生的變形問題

一般薄壁的支護(hù)件本體加工需要對(duì)這些材料本身的切削熱和塑性等進(jìn)行限制，避免出現(xiàn)熱變形等問題，這樣則需要操作人員對(duì)工件的實(shí)際尺寸進(jìn)行嚴(yán)格控制，結(jié)合相關(guān)理論和實(shí)踐分析。薄壁零件會(huì)受到切削過程所產(chǎn)生的溫度影響而產(chǎn)生變形[3]，因此在實(shí)際操作中，切削熱的減少是目前避免零件變形的主要方法，且在此過程中為防止溫度上升速度過快，通常都會(huì)將刀具、刀尖散熱面積增大，并且加入足量的切削液，這樣也可有效減少切削熱的產(chǎn)生，避免部件發(fā)生熱變形的問題。

2.3 車削振動(dòng)導(dǎo)致的變形問題

在機(jī)械加工期間，零件會(huì)受到機(jī)械對(duì)其造成的徑向的力，發(fā)生變形等問題。另外在水平面上，也會(huì)在處于垂直的走刀方向和切削力作用下發(fā)生變形，基于薄壁部件的特征，對(duì)于背吃刀量的要求較高，因此可選擇較小的切削刀具來實(shí)現(xiàn)具體的切削效果[4]。但是由于斷裂切削的存在，導(dǎo)致工件與刀尖之間的切削抗力會(huì)發(fā)生變化，發(fā)生劇烈振動(dòng)，產(chǎn)生振動(dòng)力。零件在這樣強(qiáng)力的振動(dòng)下會(huì)產(chǎn)生變形問題。

3 薄壁零件加工優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 夾具的優(yōu)化設(shè)計(jì)

為了使加工過程中薄壁零件的表面在裝夾后不會(huì)發(fā)生變形，一般會(huì)采取軸向的裝卡與定位方法，并根據(jù)技術(shù)要求創(chuàng)建一套避免零件變形的優(yōu)化方案，該方案的內(nèi)容在實(shí)際加工過程中也十分常見。

3.2 刀具幾何參數(shù)的選擇

在對(duì)薄壁零件進(jìn)行切削加工的過程中，需科學(xué)選擇刀具的幾何角度，根據(jù)材料硬度進(jìn)行選擇。本次所選擇的支護(hù)件材料為45#鋼材，該材料具備良好的切削性能，所以加工重點(diǎn)在于鋼材的前角。但是如果該部位過大，很容易影響刀具的散熱和強(qiáng)度，所以需根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)推算來確定最終的前角[5]。

3.3 切削用量的合理選擇

在對(duì)薄壁零件進(jìn)行精加工的過程中，加工質(zhì)量是首要的關(guān)注點(diǎn)，然后再對(duì)其切削的效率和經(jīng)濟(jì)性加以考慮。結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)分析，在對(duì)工件進(jìn)行機(jī)械切削時(shí)，隨著主軸轉(zhuǎn)速逐漸提升，發(fā)生顫振的可能性也會(huì)提升。因此，可以減小主軸轉(zhuǎn)速來減少振動(dòng)變形問題[6]。

4 薄壁零件加工

在加工過程中，需要注意加工精度會(huì)受到切削參數(shù)、零件裝夾的方式和刀具角度的刃磨等因素的影響。

4.1 刀具刃磨

為保障薄壁零部件的加工效果，需要根據(jù)實(shí)際情況來選擇合適的刀具，且刀具刃口需要保持鋒利和平滑，角度為R0.2，本次所加工的材料為45#鋼，屬于精加工的范圍。刀具選擇YT15材料，其刃口的強(qiáng)度與韌性良好，刃口鋒利度較高，以此來保障精加工的效果[7]。

4.2 選擇科學(xué)的切削用量

1）選擇背吃刀量ap：根據(jù)對(duì)薄壁零件所設(shè)計(jì)的圖樣的分析，外圓的半精車背吃刀量ap1=0.5 mm，精車背吃刀量ap2=0.25 mm。

2）選擇主軸轉(zhuǎn)速：精車切削速度Vc=120 m/min，經(jīng)過計(jì)算得到主軸的轉(zhuǎn)速為（精車工件直徑D=32 mm）1 200 r/min。

3）選擇進(jìn)給速度：結(jié)合G99指令變成每轉(zhuǎn)進(jìn)給，在精車期間進(jìn)給量可選擇0.1 mm/r。

4.3 工件的裝夾

1）選擇合適的夾具對(duì)內(nèi)孔進(jìn)行裝夾。結(jié)合專業(yè)的夾具進(jìn)行裝夾作業(yè)。首先，使用三爪的定心卡盤來夾住夾具，然后在數(shù)控車床的夾具內(nèi)放入薄壁零件。此時(shí)夾具外源具備螺紋，內(nèi)孔的左側(cè)有臺(tái)階，以此來對(duì)軸套進(jìn)行定位。其次，將螺母鎖緊，螺母內(nèi)部螺紋可以壓緊軸套，且應(yīng)注意軸套的內(nèi)徑需要較螺母內(nèi)徑尺寸小，保障薄壁軸套不被車削。軸套需向上定位，薄壁零件被加工完畢后，可拆卸螺母，如果需要大量生產(chǎn)，則不必拆卸螺母，直接將其在下一個(gè)零件上裝入即可。同時(shí)，在內(nèi)孔進(jìn)行加工期間還需要考慮到內(nèi)孔車刀的剛性問題。一般會(huì)通過對(duì)內(nèi)孔車刀刀柄截面積的增加來達(dá)到加工剛性要求，其中在對(duì)刀具進(jìn)行刃磨的過程中，可保障刀柄和內(nèi)孔車刀刀尖有著等高的中心線，進(jìn)而可將孔中刀柄的截面積增大，并且一般的刀柄需要長(zhǎng)出加工零件5 mm~8 mm，這樣可以在切削過程中減少其所發(fā)生的振動(dòng)，防止部件發(fā)生振動(dòng)變形的問題[8]。但是，如果太長(zhǎng)也會(huì)對(duì)車刀刀柄的剛性造成負(fù)面影響。

2）外圓加工期間選擇合適的夾具來實(shí)現(xiàn)裝夾作業(yè)。利用三爪定心卡盤來夾住夾具，然后將薄壁套軸直接套在夾具上，把墊圈放在夾具的臺(tái)階軸上，利用螺母壓緊墊圈，同時(shí)壓緊薄壁套。

4.4 加工過程

1）在粗加工過程中為了提升加工效率，選擇比標(biāo)準(zhǔn)大一些的切削參數(shù)，根據(jù)零件設(shè)計(jì)圖紙的要求預(yù)留出單邊加工的余量，長(zhǎng)度為3 mm~5 mm。如果預(yù)留的長(zhǎng)度過長(zhǎng)，可以先以粗加工的模式進(jìn)行分段加工，在某一段加工完畢之后，再利用半精加工或者精加工來實(shí)現(xiàn)其他部分的加工作業(yè)，也可根據(jù)零件加工的具體需求來實(shí)現(xiàn)二次加工。

2）半精加工與粗加工一樣選擇分段加工，不同的位置分別留出不同的加工余量。對(duì)于長(zhǎng)度相對(duì)較長(zhǎng)的部件可以分為3~4段進(jìn)行加工。如前1/3的位置留有0.5 mm的加工余量，中間1/3的位置留有1 mm的加工余量，后1/3的位置留有2 mm的加工余量。如果其存在端面，則可留出0.5 mm的加工余量。

3）在精加工前面1/3位置留有余量0 mm，半精加工中間1/3位置留有余量0.5 mm，后面1/3的位置留有余量1 mm。如果存在端面，則可留出余量0.5 mm。精加工中間1/3位置留出余量0 mm，端面留出余量0 mm。精加工后面1/3位置留出余量0.5 mm。在加工過程中零件會(huì)形成形如“金字塔”的階梯型結(jié)構(gòu)，根部較粗，進(jìn)而可以在后續(xù)加工過程中留出足夠的長(zhǎng)度來實(shí)現(xiàn)支撐效果，保障加工的精準(zhǔn)性。

4）在對(duì)內(nèi)孔進(jìn)行精加工的過程中，可選擇相應(yīng)的裝夾方式來對(duì)其進(jìn)行裝夾作業(yè)，在薄壁零件中加入夾具，根據(jù)部件的需求選擇適合的夾緊力。首先利用半精加工的方式來加工零件的內(nèi)孔，當(dāng)加工到Φ29.5 mm時(shí)，預(yù)留出0.5 mm的精加工余量[9]，最后精加工內(nèi)孔Φ30 mm達(dá)到圖紙的要求。

5）在對(duì)外圓進(jìn)行精加工的過程中，選擇適合的夾具實(shí)施裝夾作業(yè)，以適當(dāng)?shù)膴A緊力進(jìn)行夾緊。首先利用半精加工對(duì)外圓進(jìn)行加工，精加工的余量可以保持在0.5 mm[10]，最后精加工外圓Φ32 mm達(dá)到圖紙的要求。

5 加工效果分析

通過上文的工裝和加工過程對(duì)多個(gè)工件車削加工后，檢測(cè)工件尺寸、粗糙度、精度、形位公差等相關(guān)參數(shù)，本次檢測(cè)合格率高達(dá)97%，并且工裝效率在設(shè)計(jì)的科學(xué)性要求下也出現(xiàn)巨大提升，滿足設(shè)計(jì)圖紙的要求與工程需要。

6 案例應(yīng)用分析

經(jīng)過上述對(duì)支護(hù)件的加工分析，下面以某玩具汽車中的電機(jī)座為例，進(jìn)一步探討數(shù)控車床中對(duì)于薄壁零件加工的實(shí)際過程與應(yīng)用。

6.1 零件圖紙的分析

對(duì)該零件圖紙進(jìn)行分析：壁厚為1.5 mm，長(zhǎng)度為67 mm，毛坯為Φ40 mm圓柱，使用透明的硬質(zhì)塑料材料所制作。

6.2 工藝路徑的設(shè)計(jì)

經(jīng)過分析得出，該電機(jī)座后端的直徑為Φ38 mm，前端直徑為Φ30 mm，內(nèi)孔為Φ27 mm，壁厚為1.5 mm。由于其屬于塑料件的材質(zhì)，很容易出現(xiàn)破裂和變形等問題。因此要想完成該零件的加工，必須合理科學(xué)地選擇加工的工藝與參數(shù)。

1）調(diào)頭前。在實(shí)際加工過程中，需要注意的是，孔加工難度要高于外圓加工，所以選擇零件時(shí)，需要加工其后壁的尺寸外壁，這樣可以產(chǎn)生較小程度的變形問題，可以將內(nèi)孔先加工到Φ27 mm，孔深度為78.5 mm，然后將外圓加工到Φ38 mm，保障零件總長(zhǎng)度不小于80 mm，并且將其切斷。

2）調(diào)頭后。為了避免其塑料零部件發(fā)生變形，在裝夾過程中選擇較長(zhǎng)的芯軸來減少零件加工期間的變形，而本案例中只是為了保障裝夾期間受力程度的提升。在具體調(diào)頭之后，需要采取粗加工的方式進(jìn)行同步實(shí)施，統(tǒng)一安排刀具的軌跡。在粗加工過程中，外圓的直徑已經(jīng)被車到Φ38 mm，單邊加工余量為4 mm，所以該位置不能再去實(shí)施粗加工作業(yè)。且在半精加工過程中，主要由于零件較長(zhǎng)，因此可將半精加工分為四段來逐段進(jìn)行，直到最后一段完成精加工之后可保障零件的總長(zhǎng)度，并將其切斷。具體的零件加工在VERICUT軟件中的仿真效果圖，如圖1所示。

圖1 零件加工在VERICUT中的仿真效果圖

7 結(jié)語

綜上所述，可以在薄壁類零件設(shè)計(jì)過程中采取工裝夾具等來分析具體電氣設(shè)備中的支護(hù)件結(jié)構(gòu)，然后利用數(shù)控車床進(jìn)行加工，判斷影響其加工精度的因素，以優(yōu)化設(shè)計(jì)來促進(jìn)后續(xù)加工工作的順利開展。同時(shí)也需注重后續(xù)加工質(zhì)量的保障措施，提升薄壁類零件的加工精度。