薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量改進(jìn)分析

上官紅松 溫昊 王世明

摘 要：隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)和數(shù)字仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，推動(dòng)著各種薄壁零件的數(shù)控加工制造工藝由不成熟的傳統(tǒng)工藝技術(shù)迅速蛻變成為工程化的科學(xué)。在此發(fā)展過(guò)程中，薄壁零件加工工藝由以前傳統(tǒng)的加工經(jīng)驗(yàn)積累研究方式，轉(zhuǎn)變?yōu)楦涌茖W(xué)的“定量分析”。薄壁零件加工存在的質(zhì)量問題主要是結(jié)構(gòu)剛性差、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，在一些數(shù)控零件加工過(guò)程中易發(fā)生變形且難以精確控制，加工后的質(zhì)量最終得以起不到切實(shí)質(zhì)的保障。

關(guān)鍵詞：薄壁零件;數(shù)控加工;加工工藝;改進(jìn)分析

引言：薄壁零件主要是指金屬熱塑性零件及其類型。薄壁件的壁厚一般比熱處理件的壁厚低1mm。其特點(diǎn)主要是整機(jī)重量相對(duì)較輕，材料能耗低，整體結(jié)構(gòu)相對(duì)緊湊。由于這類零件的存在，薄壁零件的主要應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛，特別是在各種工業(yè)生產(chǎn)中。但是，在實(shí)際的薄壁零件研發(fā)生產(chǎn)加工過(guò)程中，諸如數(shù)控刀具、加工制造工藝等諸多影響質(zhì)量因素的存在，在較大程度上直接影響了薄壁零件采用數(shù)控加工制造工藝的生產(chǎn)質(zhì)量，導(dǎo)致最終加工生產(chǎn)制造出的薄壁零件質(zhì)量無(wú)法完全滿足實(shí)際市場(chǎng)需求，浪費(fèi)各項(xiàng)人力資源。基于此，本文就薄壁零件數(shù)控加工工藝進(jìn)行了分析。

1 薄壁零件數(shù)控加工工藝的探究

1.1加工工藝分析

在前期進(jìn)行一些薄壁零件產(chǎn)品數(shù)控生產(chǎn)加工過(guò)程工藝的質(zhì)量分析時(shí)我們能夠發(fā)現(xiàn)，由于工藝受到一些薄壁零件本身固有的結(jié)構(gòu)尺寸和高精度質(zhì)量要求較高這些因素的嚴(yán)重影響，同時(shí)再隨之加上一些薄壁零件自身結(jié)構(gòu)剛性較差、易發(fā)生變形等質(zhì)量問題顯得比較突出，導(dǎo)致了對(duì)薄壁零件在數(shù)控生產(chǎn)加工過(guò)程環(huán)節(jié)中的質(zhì)量要求更為嚴(yán)格。

1.2加工刀具分析

在我們進(jìn)行各種薄壁零件上的數(shù)控切削加工設(shè)備作業(yè)期間，想要有效確保薄壁零件的數(shù)控加工操作質(zhì)量，刀具的選擇對(duì)工作的順利開展十分重要。具體的產(chǎn)品選擇使用過(guò)程中，需要用戶全方位詳細(xì)分析所用刀具的實(shí)際工作型號(hào)、零件以及技術(shù)指標(biāo)等關(guān)鍵因素，借以有效保障所用刀具的工作精度、強(qiáng)速、尺寸比和穩(wěn)定性等。在這一研究基礎(chǔ)上，應(yīng)該充分利用結(jié)合某不同型號(hào)的各種薄壁套筒型刀具設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)據(jù)加以分析，提升其在薄壁切削零件刀具數(shù)控加工過(guò)程設(shè)計(jì)中的薄壁刀具設(shè)計(jì)切削面數(shù)量的真實(shí)性和可靠性。[1]

2 結(jié)合影響提出的改進(jìn)優(yōu)化方案

2.1降低零件裝夾對(duì)加工精度的影響

在機(jī)械零件加工過(guò)程中，影響機(jī)械加工零件精度的主要影響原因之一就是加工零件自身的機(jī)械剛度。對(duì)此，可以適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合利用機(jī)械裝配鋼卡夾緊的技術(shù)方法，對(duì)整體加工過(guò)程工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，從而使傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床工藝的整體加工過(guò)程精度可以得到極大提高。在進(jìn)行數(shù)控機(jī)床加工生產(chǎn)薄壁形變零件的過(guò)程時(shí)候，應(yīng)當(dāng)對(duì)薄壁零件移動(dòng)位置、夾緊應(yīng)力裝置等等進(jìn)行細(xì)致的數(shù)據(jù)分析，詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析可能引起薄壁形變的作用應(yīng)力形成部位、作用應(yīng)力方向等各個(gè)方面的相關(guān)數(shù)據(jù)。可以同時(shí)采用夾具賬套、施工夾具圈、輔助夾具支承等多種專用施工夾具用來(lái)當(dāng)作施工夾緊保護(hù)裝置。利用新型軸向傳動(dòng)裝卡結(jié)構(gòu)替代徑向傳動(dòng)裝置軸卡，對(duì)新型薄壁箱體環(huán)形結(jié)構(gòu)零件齒輪進(jìn)行預(yù)熱處理。通過(guò)以上的操作方式和技術(shù)手段，能夠有效的幫助解決和有效預(yù)防保溫薄壁零件的冷熱形變等問題。

2.2降低切削角度對(duì)切削質(zhì)量的影響

通過(guò)具體機(jī)床實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可以明顯看出，如果我們確定了影響刀具切削幾何力學(xué)參數(shù)、機(jī)床整體結(jié)構(gòu)動(dòng)力系統(tǒng)等幾個(gè)因素，那么主要直接影響刀具切削力的幾個(gè)原因應(yīng)該包括刀具切削面的寬度、背后所吃的用刀量、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度、切削速度等。對(duì)于機(jī)械切削刀具質(zhì)量來(lái)說(shuō)，刀具的切削角度對(duì)其振動(dòng)不會(huì)產(chǎn)生十分巨大的振動(dòng)影響。將切削刀具的前、后端夾角適當(dāng)位置增大，能夠?qū)⒈”谇邢鞴ぷ鬟^(guò)程零件中的薄壁摩擦和碰撞形變嚴(yán)重情況有效率地降低，從而可以使薄壁切削力消耗得以明顯降低，減少了對(duì)薄壁切削零件的摩擦形變嚴(yán)重程度。[2]

2.3基于仿真數(shù)控的工藝質(zhì)量改進(jìn)

這里具體的來(lái)談一下我們改進(jìn)它的方法，依據(jù)貝爾公式中的ku=f，可以來(lái)進(jìn)行具體分析，k是在工件變形中的整體載荷剛度矩陣，f即它是它在工件上的整體載荷剛度列陣，u是它在工件上的變形。由公式可以清楚看出，在零件上的整體運(yùn)動(dòng)剛度一定的受力條件下，工件上的變形載荷k和列陣與其他工件上的變形u之間的差是不能成正、反比，所以，提高載荷k或者直接減少f都不能減少工件變形u。此外，還有一種補(bǔ)償方式就是在工件k和l的f之間，通過(guò)增加補(bǔ)償值來(lái)減少原有變形的數(shù)量u，比如在滿足工件本身原有變形剛度的要求基礎(chǔ)上增加補(bǔ)償可為工件增加剛度，采用各種直接填充加工件的方法，可以大大提高工件的剛度，填充件完成后可以去除多余的填充物。這些具體措施主要是在理論基礎(chǔ)上分析影響工業(yè)零件質(zhì)量變形的主要因素。它們是理論與工業(yè)實(shí)踐相結(jié)合的新思想在改進(jìn)工業(yè)數(shù)控加工技術(shù)中的具體表現(xiàn)，這些具體措施不僅能有效提高工業(yè)零件變形數(shù)控加工設(shè)備的設(shè)計(jì)精度，同時(shí)也提高了數(shù)控加工技術(shù)的整體質(zhì)量。

2.4改進(jìn)零件裝夾方式，優(yōu)化零件裝夾方案

在數(shù)控加工中，零件的內(nèi)載荷和夾緊力也是直接影響薄壁零件質(zhì)量和工件零度的重要因素。對(duì)于一些剛度小的大型薄壁零件，如果在薄壁零件加工過(guò)程中夾持力過(guò)大，在整個(gè)薄壁零件數(shù)控加工過(guò)程中，都會(huì)有一個(gè)與零件夾持力相對(duì)應(yīng)的支撐力，因此就是零件的支撐力。一般來(lái)說(shuō)，支撐力和夾緊力需要關(guān)注的零件加工強(qiáng)度的位置是不一樣的，由于薄壁零件的加工剛度一般較小，需要通過(guò)支承力的連續(xù)支承來(lái)提高薄壁零件的加工強(qiáng)度。因此，如果支承力作用在零件強(qiáng)度較小的薄壁表面上，則應(yīng)提高薄壁零件的加工強(qiáng)度，相對(duì)應(yīng)的，夾緊作用力在一定程度上就是在降低薄壁工件的本身剛度，所以，應(yīng)該將添加夾緊劑的力作為應(yīng)用于薄壁零件本身剛度較大的薄壁表面。這樣，將整體夾緊支撐力與整體支撐力合理化的分配提供給了不同變形強(qiáng)度的材料零件整體表面，做到了通過(guò)科學(xué)合理控制，又在傳統(tǒng)數(shù)控的控制基礎(chǔ)上通過(guò)人為控制降低了各種薄壁零件整體發(fā)生強(qiáng)度變形的最大可能性，而且該控制措施安全可行性強(qiáng)，科學(xué)合理，對(duì)于有效控制各種薄壁零件的發(fā)生變形還是非常有效的。此外，裝夾傳動(dòng)位置和夾緊工具也有必需進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化，在采用裝夾工卡輔助夾緊之前，要對(duì)夾緊工件的輔助夾緊傳動(dòng)位置情況進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析，對(duì)夾緊工件上的各種應(yīng)力變形進(jìn)行更加專業(yè)化的分析，可以考慮采用更加先進(jìn)的工件裝夾傳動(dòng)裝置和比例如電膨脹套、輔助夾緊支承和工件施工時(shí)護(hù)圈等等來(lái)進(jìn)行必要的工件加工應(yīng)力輔助，最大限度的降低夾緊傳動(dòng)裝置以及工件夾緊時(shí)應(yīng)力上的失誤所可能帶來(lái)的大量工件應(yīng)力變形。[3]

3 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，薄壁零件數(shù)控加工技術(shù)也得到了快速發(fā)展。但在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中仍然出現(xiàn)了較多的問題，因此，相關(guān)的技術(shù)人員應(yīng)積極解決出現(xiàn)的問題，提高薄壁零件數(shù)控加工技術(shù)水平，促進(jìn)我國(guó)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉志旭，王繼承. 薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量的改進(jìn)方法[J]. 湖北農(nóng)機(jī)化， 2020， No.254（17）：126-127.

[2]潘曉晶. 數(shù)控加工薄壁零件加工方法及工藝改進(jìn)研究[J]. 科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新， 2020（29）：161-162.

[3]韓輝輝. 薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量改進(jìn)方法[J]. 科學(xué)與財(cái)富， 2019， 000（010）：280.

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