薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量改進(jìn)策略研究

摘 要：在薄壁零件的數(shù)控加工過程中，其工藝質(zhì)量會受到裝夾、切削參數(shù)、走刀的方式與路徑、工序工藝路線等多重因素的影響。在薄壁零件數(shù)控加工工藝的改進(jìn)中，要深入了解影響數(shù)控加工精度和質(zhì)量的因素以及計(jì)算機(jī)仿真模擬的優(yōu)勢，將兩者有機(jī)結(jié)合起來，對仿真數(shù)控工藝質(zhì)量、裝夾方式以及走刀路徑進(jìn)行改進(jìn)，才能有效控制其中的影響因素，大幅提高薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量，從而推動數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：薄壁零件；數(shù)控加工；裝夾方式；刀具路徑

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.041

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種制造工藝也不斷地得到了改進(jìn)，尤其是數(shù)控加工技術(shù)越來與成熟，已然成為現(xiàn)在的加工制造業(yè)中不可缺少的基礎(chǔ)力量，對于我國的制造綜合實(shí)力有著舉足輕重的作用。我國的軍事和航空航天事業(yè)快速發(fā)展，對于薄壁零件的需求非常高，此時(shí)數(shù)控加工技術(shù)就發(fā)揮重要作用，尤其是運(yùn)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)之后，薄壁零件數(shù)控加工工藝發(fā)生了重大的改變，零件的精度和質(zhì)量都得到了很大的提升，但是依舊難以滿足現(xiàn)在的發(fā)展需求，本文就如何改進(jìn)薄壁零件的數(shù)控加工質(zhì)量進(jìn)行研究。

1 影響薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量的因素

現(xiàn)在的大型儀器都需要高精度的零件配置，尤其是現(xiàn)代化的高精尖產(chǎn)業(yè)，都在追求生產(chǎn)加工高精度的零件，但是由于技術(shù)和設(shè)備的原因，想要保證和提升精度是非常難的，尤其是在薄壁零件的生產(chǎn)加工中就更加困難，由于薄壁零件自身的質(zhì)量輕，剛性小，非常容易變形，這就給薄壁零件加工技術(shù)提出了高要求。

1.1 零件精度受裝夾的影響

零件精度受到零件本身的剛度影響最大，在薄壁零件的加工過程中，必須選著合適的夾裝位置，科學(xué)考慮零件的受力情況和應(yīng)力形變，雖然現(xiàn)在有專門的夾具來減小由于夾裝導(dǎo)致的形變，但是還是會有一定的影響。另外為了減少裝夾的影響還可以提升零件材料的剛度，這就需要從材料的選擇和制造著手，成本比較大并且工藝復(fù)雜，所以一般采用加工的時(shí)候加裝一些增厚涂層，在加工結(jié)束之后進(jìn)行清除，但是這就會導(dǎo)致精度降低。裝夾工具也是通用與各種加工零件的，沒有針對不同的零件進(jìn)行設(shè)計(jì)，尤其是在薄壁零件的加工過程中，一切外型難以匹配，只能勉強(qiáng)進(jìn)行裝夾，在加工的過程中容易滑動，并且造成受力不均發(fā)生形變。

1.2 切削精度受切削參數(shù)的影響

在實(shí)際的操作過程中發(fā)現(xiàn)，切削力受到很多因素的影響，在控制其他的幾何參數(shù)不變時(shí)，切削角對于零件的形變影響最大。通過多次實(shí)驗(yàn)證明，再適當(dāng)改變切削的前后角度，能有效降低摩擦力和形變量，從而減小零件的尺寸誤差，提高零件的加工精度。在確定機(jī)床和刀具的幾何參數(shù)一定的時(shí)候，切割的速度、進(jìn)刀速度以及切割寬度都會對切削的精度產(chǎn)生較大的影響，主要是因?yàn)檫@些切削參數(shù)的改變針對不同的材料有不同的效果，在一定程度上影響摩擦力的大小，導(dǎo)致材料在加工中的形變量難以精確控制在一定范圍內(nèi)，這個(gè)也是現(xiàn)在的機(jī)床加工工藝中需要改進(jìn)的地方。

1.3 走刀的方式與路徑

在薄壁零件加工工藝中，走刀方式以及走刀路徑的選擇對于零件的加工精度影響也很大，傳統(tǒng)的走刀方式多是以粗刀一次性加工完成，然后進(jìn)行后期的修正，這樣的走刀方式弊病很多，一方面限制了走刀的路徑選擇，一刀到底的走刀方式缺少變化，無法進(jìn)行結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件加工，并且對于零件的精細(xì)部分也做不到尺寸和外型的準(zhǔn)確。另一方面，傳統(tǒng)的走刀方式也難以滿足零件的精度要求，比較粗糙的走刀方式使得后期的修正工作也比較難以進(jìn)行，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，也難以完成高質(zhì)量的零件加工。在薄壁零件的加工過程中會因?yàn)榱慵淖冃螞]有及時(shí)的改變走刀的路徑，造成零件發(fā)生更嚴(yán)重的形變，這也是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的走刀方式比較的單一形成的技術(shù)限制，因此我們應(yīng)該在數(shù)控加工技術(shù)的改進(jìn)中設(shè)計(jì)更具變化性的走刀方式和路徑選擇，便于在零件發(fā)生形變時(shí)及時(shí)的進(jìn)行更換調(diào)整，降低零件的形變程度，提高加工質(zhì)量。

1.4 工序工藝路線

零件加工的工藝路線是保證零件精度和質(zhì)量的前提，清楚每種零件材料的性能，研究材料的變形規(guī)律，控制零件的各種變形參數(shù)，根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)完善可行的工藝路線。但目前的薄壁零件機(jī)床加工工藝流程長期沒有得到更新，沒有采用新的數(shù)控技術(shù)來提高加工的精度和效率，依舊沿用傳統(tǒng)的工藝路線，這樣的傳統(tǒng)工藝是難以滿足現(xiàn)代化的機(jī)械發(fā)展需求的。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對于高精尖的零件需求也越來越大，傳統(tǒng)的加工工藝生產(chǎn)的零件精度比較低，并且質(zhì)量參差不齊，嚴(yán)重阻礙了我國的制造業(yè)的發(fā)展，因此需要加快加工工藝路線的改進(jìn)。

2 數(shù)控加工工藝質(zhì)量改進(jìn)策略

隨著計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的快速發(fā)展，也使得數(shù)控加工技術(shù)得到更新進(jìn)步，現(xiàn)在很多生產(chǎn)工藝的改進(jìn)都是首先采用計(jì)算機(jī)的模擬仿真確定改進(jìn)工藝流程的可行性和科學(xué)性，能保障加工產(chǎn)品的質(zhì)量，采用嚴(yán)格的設(shè)計(jì)工藝流程進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)，并在有計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)的支持下，更加智能化、自動化的生產(chǎn)流水線能生產(chǎn)精度更高，質(zhì)量更加穩(wěn)定的產(chǎn)品，尤其是在薄壁零件的生產(chǎn)加工中表現(xiàn)優(yōu)異，避免零件的形變并且精度也能很好的滿足需求。

2.1 對仿真數(shù)控工藝質(zhì)量改進(jìn)

現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的比較完善的仿真數(shù)控技術(shù)可以用比較通俗的公式KU=F進(jìn)行表達(dá)，其中K、U、F分別代表了工件整體強(qiáng)度矩陣、工件變形情況和工件負(fù)載列陣加工工藝需要控制的三類幾何參數(shù)，可以清楚的看到，我們可以通過科合理的控制著三種參數(shù)就能較好的進(jìn)行零件的參數(shù)控制，并且這種理論聯(lián)系實(shí)際，我們在試驗(yàn)中也已經(jīng)得到了驗(yàn)證，可以非常有效的控制零件的精度，加工出高質(zhì)量的薄壁零件。在實(shí)際的額仿真數(shù)控模擬的時(shí)候，我們的試驗(yàn)情況比較理想化，在實(shí)際應(yīng)用過程中會存在一定的偏差，所以需要根據(jù)實(shí)際情況對仿真數(shù)控工藝進(jìn)行改進(jìn)，力求仿真模擬的數(shù)據(jù)接近現(xiàn)實(shí)，才能將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)論更好的應(yīng)用到實(shí)踐中，根據(jù)一定的數(shù)控模擬公式有效的對工藝參數(shù)進(jìn)行模擬，極大的提高薄壁零件的數(shù)控加工工藝的精度，保障加工的工藝質(zhì)量。

2.2 對仿真數(shù)控工藝質(zhì)量改進(jìn)

在薄壁零件加工工藝路線的設(shè)計(jì)時(shí)，制定刀具路徑是重要的一步，首先就應(yīng)該考慮薄壁零件在加工過程中的變形情況，因?yàn)楸”诹慵膭偠容^小，非常容易產(chǎn)生形變，影響零件的精度和質(zhì)量。由于輕量化是薄壁零件發(fā)展的趨勢，因此在加工中要對其進(jìn)行反復(fù)的加緊和切割，考慮到薄壁零件在加工過程中的形變幾率，應(yīng)該隨時(shí)準(zhǔn)備進(jìn)行刀具路徑的變更，根據(jù)薄壁零件的加工實(shí)時(shí)情況進(jìn)行刀具路徑的選擇，力求對零件產(chǎn)生最小的損傷和控制零件的形變量，才能保障薄壁零件的精度和質(zhì)量要求。通過實(shí)時(shí)的刀具路徑的修改和彌補(bǔ)，能夠減少由于薄壁零件的形變造成路徑偏差。當(dāng)然進(jìn)行刀具路徑的修改，一方面要依靠加工師傅的長期經(jīng)驗(yàn)以及高超技術(shù)，及時(shí)的根據(jù)不同的形變類型和形變程度作出正確的判斷，才能比較精確的把握路徑的變更實(shí)際以及變更的路徑，另一方面就要依靠仿真模擬技術(shù)進(jìn)行精確的計(jì)算和模擬，確定最為適合的刀具路徑，這個(gè)也是數(shù)控機(jī)床智能化的一個(gè)表現(xiàn)形式。

2.3 改進(jìn)零件裝夾方式

薄壁零件的裝夾方式也會影響到薄壁零件數(shù)控加工工藝的質(zhì)量，一方面是因?yàn)榇蠖鄶?shù)的薄壁零件自身屬性，剛度比較小，質(zhì)地較軟，在加工的過程中可能因?yàn)榧映止ぞ叩闹c(diǎn)不對，導(dǎo)致零件受力不均發(fā)生應(yīng)力形變，影響到后期的數(shù)控加工質(zhì)量和精度。另一方面，不同的零件采用不同的裝夾方式，零件受到的摩擦力是不同的，對于薄壁零件而言，沒有使得摩擦力均勻分布也會造成薄壁零件發(fā)生局部的形變，增大薄壁零件的變形幾率。因此在對薄壁零件進(jìn)行加持的時(shí)候需要進(jìn)行額外的保護(hù)措施，首先可以對薄壁零件提供額外的支持力，增強(qiáng)薄壁零件的抗壓力，幫助零件表面的應(yīng)力分散，減少薄壁零件的形變，這種方式的可行度比較高并且實(shí)際效果也很好。其次，可以對裝夾的工具進(jìn)行改良，針對不同的薄壁零件外型進(jìn)行夾裝工具的設(shè)計(jì)，讓兩者之間更好的契合，從而減少滑動和震動，有效的減少形變的產(chǎn)生，同時(shí)還可以增加一些緩沖材料將裝夾工具進(jìn)行包裹，增強(qiáng)緩沖的效果，這樣的輔助措施在一定程度上還是能起到一定的保護(hù)作用，減少因?yàn)檠b夾力度和位置的不當(dāng)造成形變的幾率。

3 結(jié)語

隨著計(jì)算機(jī)現(xiàn)代化技術(shù)發(fā)展越來越成熟，可以應(yīng)用的領(lǐng)域也越來越多，促進(jìn)了現(xiàn)代加工工藝的進(jìn)步，如此普及的數(shù)控加工技術(shù)當(dāng)然也能借助計(jì)算機(jī)來推動自身的發(fā)展，提高數(shù)控加工技術(shù)的精度和加工質(zhì)量。在薄壁零件數(shù)控加工工藝的改進(jìn)中，要深入了解影響數(shù)控加工精度和質(zhì)量的因素以及計(jì)算機(jī)仿真模擬的優(yōu)勢，只有將兩者進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，對仿真數(shù)控工藝質(zhì)量、裝夾方式以及走刀路徑進(jìn)行改進(jìn)，才能有效的控制其中的影響因素，有效的提高薄壁零件數(shù)控加工工藝的質(zhì)量，推動數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展。

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作者簡介：羅偉光（1971-），男，廣東龍門人，本科，助理實(shí)驗(yàn)師，研究方向：汽車制造。