薄壁零件數控加工工藝質量改進分析

李盼

（臺州學院，浙江臺州 318000）

0 引言

伴隨著現代加工工藝的發展，薄壁零件數控加工技術愈加的精密高效，已逐漸發展成為現代高科技產業的基礎，已越來越成為國家先進制造技術水平的重要衡量指標。薄壁零件數控加工技術在普通的數控機床實現了薄壁零件數控加工，生產出來的這些零件被廣泛應用到現代工業的各個領域，包括軍事、航空航天等。在薄壁零件數控加工技術發展的過程中，計算機技術和仿真技術在這一過程中發揮了不可忽視的重要作用，高精密機床在現代加工業的運用，結合高仿真系統的分析，在數控加工前期對數控加工進行預防性仿真，利用數據來分析和減小數控零件的變形，并利用模擬平臺模擬實際中的約束，建立工藝模型。下面本文將具體分析薄壁零件數控加工過程中影響工藝質量的因素，并結合因素提出相對應的改進優化方案，具體從改進裝夾方案、修改切削參數、修正刀具路徑等方面來具體闡述改進優化方案，借此來提高加工工藝的整體質量。

1 薄壁零件數控加工工藝質量影響因素分析

保證薄壁零件的加工精度一直是現代高科技產業和先進制造企業不懈追求的目標，也是現代精密制造業的一個難題。薄壁零件雖然具有輕量化的優點，但是此類零件的剛性較小，結構比較復雜，在數控加工過程中極易變形甚至損害，因此，薄壁零件的數控加工成為了機械加工業存在的一個難題。要提升薄壁零件數控加工的精度，需要對影響數控工藝精度的因素進行詳細的分析，從影響因素當中得出最佳改進優化方案。

影響數控加工工藝精度的因素主要有機床精度及其剛度、工藝工度路線、工件（熱、力）變形、走刀路徑與方式、切削速度、深度及進給量、裝夾引起的變形、刀具變形與磨損等等。加工精度的嚴格定義是加工后零件實際表面與圖紙理想幾何參數之間的符合程度。結合加工精度所涉及的因素，影響數控加工工藝的最主要因素是零件變形。因此，要提升薄壁零件數控加工工藝的精度，最主要的措施是要解決變形問題，要重點解決零件本身及工藝系統剛度和零件應力變形而引起的零件變形問題，著重分析上述影響因素，保證零件成品實際表面的尺寸、大小、位置方面能夠最大限度的符合圖紙上的理想幾何參數。

1.1 零件裝夾對加工精度的影響。

零件本身的剛度是影響零件加工精度的一個重要因素，對這一因素的改進是選擇適當的裝卡夾緊方式，通過改進裝夾方案來提高數控工藝加工精度。在薄壁零件數控加工的過程中，需要仔細分析零件的位置以及夾緊裝置，對引起變形的應力的部位以及作用方向進行細致的數據分析，夾緊裝置可以采取專用夾具例如輔助支承、施工圈、脹套等等，此外，薄壁環形工件采用軸向裝卡來代替徑向裝卡，通過這一系列的改進優化措施對零件變形采取有力的預防和解決措施。這是改進精度的第一個方面，提升精度的第二個方面是增強零件的剛度，最常用的是臨時增加工件壁厚的方式，增加工件厚度通常是對數控零件的空心處進行澆灌，比如澆灌石蠟、松香等。待整的數控加工過程完成以后再去除這些輔助材料。

1.2 切削角度對切削質量的影響。

試驗證明，在機床機構系統和刀具幾何參數確定的前提下，切削力主要受切削速度、進給速度、背吃刀量和切削寬度等因素的影響，其中，刀具角度對切削質量的影響是非常顯著的，適當加大刀具的前角和后角，可以有效減少切削變形和摩擦，從而有效削弱切削力，最大限度的控制變形。此外i，影響加工精度的因素還有加工的主偏角和副偏角，加工時的軸向和徑向切削力的分配由主偏角決定，對于剛性較差的零件來說，主偏角應盡可能的偏向90°。借用此方法來提高零件數控加工的強度，以此來提升加工精度。

1.3 走刀方式與路徑的分析

走刀方式與路徑也是影響零件數控加工工藝的一個重要因素，對這一因素的改進也可以有效提升加工精度。通過改進走刀路徑和方式，可以有效提高零件質量。在走刀的眾多方式中，一次性粗加工法和階梯式粗加工法這兩種新型的方法可以高效、高速的對零件進行粗工，這兩種方法均是沿著高線軌跡和加工等量均勻的走刀路線進行加工。在傳統的走刀路徑中，新的走刀路徑克服了傳統走刀路徑沿斜線方向加工的弊病，此時的刀具沿x 或y方向在等高線上做平動，切除多余金屬，這樣可以切削過程中余量切削均勻，有利于增長刀具使用壽命，也能在一定程度上提高加工質量。

1.4 合理的工序工藝路線對工藝。

要提高數控加工工藝的質量，必須弄清數控加工零件的變形規律，并對這一規律進行研究和分析，保證數控加工零件質量的關鍵是制定合理的工序工藝路線，該路線必須著重解決工序工藝中的變形問題，并對其給與解決方案，研究和掌握其變形規律，在整個的工序過程中，依據加工時的受力情況選擇合理的定位基準，為了有效避免加工振動，零件的定位面 和定位元件之間的接觸應緊密結合。在選擇合理的加工工序路線的過程中，要選擇正確的零件和夾具，合理分配加工余量。

2 結合影響提出的改進優化方案

對于數控加工，前期的工藝設計是保證加工工藝質量的關鍵方面，主要是采取仿真技術，模擬加工工藝系統，并結合工藝系統的幾何特性和物理特性，得出優化改進方案，數控加工包括幾何仿真和物理仿真，前者將機床、刀具、工件等稱為剛形體，通過刀具路徑來檢查宏觀誤差，物理仿真將工件、刀具、機床等是為彈塑性體，簡歷工藝模型，分析微觀誤差。

2.1 基于仿真數控的工藝質量改進

這里具體談一下改進方法，依據公式KU=F 這一公式來具體分析，K 是工件中的整體剛度矩陣，F 是工件上的載荷列陣，U是工件變形。由公式可以看出，在零件整體剛度一定的條件下，工件上的載荷列陣與工件變形u 之間是成反比的，所以，提高K 或者減少F 都可以減少變形U。此外，還有一種方式就是在K 和F 之間，通過補償減少變形量U，比如在工件原有剛度的基礎上補償工件剛度，通過填充零件的方式來提高剛度，待零件完工后去掉填充物。這些措施都是基于分析影響零件變形的因素的基礎上而得出的具體措施，是理論聯系實際思想在工業加工中的具體表現，所以，這些措施可以有效提高零件數控加工工藝的精度和總體的加工質量。

2.2 提高操作的主動性，推行刀具路徑修正法。

在生成刀具路徑時，要事先考慮工件變形，工件變形是影響工件加工質量非常關鍵的一個因素。對于薄壁零件來說，其輕量化的發展趨向，使得其剛度問題成為制約零件數控加工技術發展的一個重要障礙。由于其剛度低，在數控加工過程中因剛強度的夾緊和切削，引起零件變形的幾率還是非常大的。針對這一問題，，在加工過程中要事先考慮工件加工變形發生的可能性，以及零件變形可能會引起的零件回彈量，這就要求我們，在數控加工的過程中要不斷的修改或補償刀具路徑，要細致觀察工件加工過程中出現的各種狀態，隨時準備修正刀具路徑，保證刀具路徑始終控制在正確的操作軌道上，避免出現因刀具路徑的偏差而引起的工件失誤。通過修正或補償刀具路徑來來減少變形回彈誤差。在工件夾緊切削的時候，切削速度和切削角度也會影響薄壁零件的數控加工，。對于切削角度而言，要依據科學的數據計算，來輔助操作。數據顯示，適當加大切削刀具的前角和后角，可以有效控制切削速度和刀具摩擦，那么對于降低因切削而引起的變形和摩擦。

2.3 改進零件裝夾方式，優化零件裝夾方案。

零件的裝夾力也是影響零件數控加工工藝質量和加工零度的一個重要因素，對于剛度較小的薄壁零件數控加工來說，若是在工件加工過程中施加的夾緊力過大，則薄壁零件發生變形的可能性還是非常大的，這樣會損害加工零件的精度和質量，在工件加工的過程中，還有一個力與夾緊力相對應，那就是支撐力。支撐力和夾緊力所側重的加工位置是不一樣的，因為薄壁工件本身的剛度是較小的，所以需要支撐力的支持來增大零件本身的強度，所以，支撐力應該作用于強度較小的表面，那么，相對應的，夾緊力在一定程度上是在降低工件的剛度，所以，應該將夾緊力作用于零件剛度較大的表面。這樣，將夾緊力與支撐力合理分配給了不同強度的零件表面，做到了科學控制，又在數控的基礎上人為降低了薄壁零件發生變形的可能性，而且該措施可行性強，科學合理，對于控制薄壁零件的變形還是非常有效的。此外，裝夾位置和工具也需進一步優化，在裝卡夾緊之前，要對工件的夾緊位置進行詳細的數據分析，對工件上的應力進行專業分析，可以采用更加先進的裝夾裝置例如脹套、輔助支承和施工圈等進行必要的加工輔助，最大限度的降低夾緊裝置以及夾緊力失誤所帶來的工件變形。夾緊裝置與提高薄壁零件的剛度兩個方面進行預防和準備，這樣一個雙管齊下的措施可以有效降低工件變形發生的可能性。

3 結束語

現代加工工藝的迅猛發展，薄壁零件數控加工技術在現代加工業中的應用大規模普及，對薄壁零件加工工藝的質量要求也有了一個很大層次的提升。薄壁零件的質量把關也逐漸的嚴格起來，我們應該細致的分析影薄壁零件加工的相關因素，對每一個因素是影響加工工藝的方式做到成竹在胸，應該著重突出主要因素對薄壁零件的影響，例如夾緊裝置的影響、切削速度的影響、走刀路徑的影響、在操作過程中各種因素引起的零件變形的影響，其實，零件變形所引起的工件誤差是最主要的，所以改進薄壁零件數據加工質量的關鍵，是要減小工件變形以及加工變形。因此，基于以上分析，我們應該著力控制工件變形和加工變形，對于引起工件變形的因素如切削力、切削速度、裝夾力、裝夾裝置等給予足夠的控制，并在科學的數據分析的基礎上，對它們采取合理有效的預防和控制措施，做好了這些工作，薄壁零件的數控加工工藝質量才會在有科學保障的基礎上順利實現。要善于發現和分析整個加工過程中的全部影響因素，并針對這些問題提出相對應的解決和優化措施，通過科學的分析和預防提高薄壁零件數控加工工藝的質量，促進現代加工業的發展。

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