淺談薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量改進方法

許新偉

（濟南市技師學(xué)院，山東 濟南 250001）

薄壁零件是一種壁厚度＜1mm的金屬零件類型，因其有結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕和材料消耗量低的優(yōu)勢，因而在工業(yè)生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用。通過數(shù)控技術(shù)開展薄壁零件加工，可以縮短薄壁零件的加工效率，同時提升加工精度，但實際生產(chǎn)過程中也極易受到諸多生產(chǎn)因素的影響，導(dǎo)致加工質(zhì)量受影響。比如，在薄壁零件數(shù)控加工生產(chǎn)過程中，工藝質(zhì)量極易受到裝夾、刀具和工藝流程的影響，對薄壁零件功能有較大的影響。因此，針對影響薄壁零件數(shù)控加工質(zhì)量的因素，積極做好預(yù)防和改進工作尤為關(guān)鍵，必須予以充分的重視。

1 薄壁零件數(shù)控加工工藝

數(shù)控技術(shù)的廣泛應(yīng)用改變了薄壁零件傳統(tǒng)的加工模式，不僅提升了薄壁零件的加工效率，而且通過應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)提升了對切削刀具的控制能力，可更好地完成薄壁零件的切削工作。總的來說，薄壁零件的數(shù)控加工主要有三個階段，即粗加工階段、半精加工階段及精加工階段。在粗加工階段，主要是對薄壁零件做初步加工，需要結(jié)合零件特點和類型來選擇加工工藝。比如，在開展薄壁套的粗加工時，需要應(yīng)用粗車外圓、粗鏜內(nèi)孔等工藝，同時去除多余的材料。在半精加工階段，需要及時處理薄壁零件的次要表面，保證加工質(zhì)量。待完成次要表面的加工后，工作人員要去除薄壁零件的多余部分，以確保可以滿足精度要求。在精加工階段，所生產(chǎn)的薄壁零件生產(chǎn)精度已經(jīng)初步達到了相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，精加工階段需要借助精車零件外圓的方式對一些微小部位進行細加工，以此確保其精度和粗超度均可以滿足圖紙要求。

在薄壁零件數(shù)控加工過程中，考慮到薄壁零件對尺寸精度和加工位形精度有較高的要求，同時，加工極易受到剛性、易變性等因素的影響，因而實際開展加工時，要給予加工工藝科學(xué)應(yīng)用充分的重視。比如，在生產(chǎn)薄壁套過程中，工作人員要重點做好兩端面、外圓面和內(nèi)孔三方面的工作，嚴格遵循粗加工階段、半精加工階段及精加工階段的技術(shù)規(guī)范要求。

生產(chǎn)時先按照技術(shù)要求展開粗車外圓，確保外圓可以達到預(yù)先設(shè)計的目標(biāo)值；而后進一步對展開的半精車外圓進行加工處理，調(diào)整和控制薄壁的直徑，確保零件初步滿足工藝要求；最后，在選擇精車外圓時對零件做進一步的加工處理，確保加工精度滿足圖紙要求。在開展薄壁零件數(shù)控加工過程中，需要特別注意一點，即為了確保數(shù)控加工工藝可以有效應(yīng)用，工作人員要做好刀具的選擇工作，確保所選用的刀具有足夠的剛性、強度合精度，且便于維修和拆卸，通過選擇合適的刀具確保切削的精度和可靠性。

2 影響薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量的因素

2.1 零件裝夾影響薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量

零件裝夾是薄壁零件數(shù)控加工工藝高效應(yīng)用的重要設(shè)備，若是裝夾質(zhì)量無法滿足生產(chǎn)需求，勢必會導(dǎo)致生產(chǎn)過程中出現(xiàn)脫夾的情況，繼而導(dǎo)致薄壁零件加工質(zhì)量不達標(biāo)的情況，嚴重時還會引發(fā)安全事故。另外，當(dāng)裝夾的剛度不達標(biāo)或變形應(yīng)力控制不當(dāng)時，也會導(dǎo)致生產(chǎn)質(zhì)量受到影響。除此之外，受到零件裝夾的影響，薄壁零件加工過程中會出現(xiàn)形變的情況，同樣會導(dǎo)致加工質(zhì)量受到影響。

2.2 切削角度影響薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量

為確保薄壁零件數(shù)控加工質(zhì)量，工作人員要預(yù)先對所選擇的刀具參數(shù)做全面的分析，確保刀具滿足生產(chǎn)需求。通常情況下，當(dāng)受到刀具切削角度、切削速度和進給速度等因素的影響時，刀具切削過程中會出現(xiàn)較多的風(fēng)險和故障，尤其是切削過程中會導(dǎo)致薄壁零件出現(xiàn)變形和摩擦。比如，當(dāng)?shù)毒叩那敖呛秃蠼前l(fā)生變化時，會出現(xiàn)摩擦和變形增加的情況，切削力隨之增強，繼而引起薄壁零件變形程度增加，影響加工質(zhì)量。

2.3 走刀方式與路徑影響薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量

走刀方式與路徑均是薄壁零件數(shù)控加工過程中的重點，尤其是走刀對數(shù)控加工質(zhì)量可以產(chǎn)生直接的影響。走刀方式與路徑的科學(xué)控制可以提升薄壁零件數(shù)控加工效率與質(zhì)量，但若是在數(shù)控加工過程中未對走刀方式和路徑給予充分的重視，則勢必影響薄壁零件加工質(zhì)量，嚴重時還會破壞刀具，引發(fā)生產(chǎn)事故。

2.4 工藝路線影響薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量

針對薄壁零件數(shù)控加工工藝的特殊性，為確保薄壁零件的加工質(zhì)量，工作人員需要結(jié)合零件生產(chǎn)特點和需求科學(xué)確定工藝路線。若是在確定工藝路線時對薄壁零件變形處理知識了解的不夠全面，沒有充分考慮變形問題，極易導(dǎo)致薄壁零件加工效果不佳，繼而引發(fā)薄壁零件質(zhì)量問題。除此之外，若是工作人員未充分重視數(shù)控加工振動現(xiàn)象和加工剩余量等相關(guān)性因素，也會導(dǎo)致薄壁零件在加工過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題。

3 薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量改進方法

3.1 零件裝夾的改進要點

考慮到零件裝夾對薄壁零件數(shù)控加工質(zhì)量有較大的影響，在整個生產(chǎn)工藝中發(fā)揮著十分重要的作用，因而必須做好零件裝夾的質(zhì)量改進工作。一方面，在生產(chǎn)過程中加強零件裝夾質(zhì)量的管理工作，避免出現(xiàn)因為小故障而導(dǎo)致零件加工質(zhì)量受損的情況；另一方面，在設(shè)計階段要控制零件裝夾質(zhì)量，確保各項參數(shù)可以滿足生產(chǎn)要求。總的來說，零件裝夾的改進與優(yōu)化可以重點從以下幾方面著手。

（1）確保零件裝夾結(jié)構(gòu)緊湊，懸伸短：數(shù)控加工過程中，裝夾會隨著主軸回轉(zhuǎn)而回轉(zhuǎn)，為確保裝夾的重心可以始終緊緊貼靠主軸的端部，需要有效控制裝夾的重心。通過控制裝夾重心，可以確保其慣性力和回轉(zhuǎn)力矩大小滿足數(shù)控加工精度要求，從而保障加工質(zhì)量。在懸伸長度控制方面，工作人員要根據(jù)薄壁零件實際情況選擇，比如，在開展薄壁套的數(shù)控加工時，當(dāng)薄壁管外徑為63mm時，則其懸伸長度控制在L/D＜1.25。

（2）確保裝夾與數(shù)控機床之間的連接平穩(wěn)且有效，同時對影響兩者連接的因素及時消除，減少安裝因素對薄壁零件加工質(zhì)量的影響。

（3）確保裝夾機構(gòu)有足夠的安全性和耐久性：裝夾機構(gòu)的選擇以安全性和耐久性為原則，一方面，保證裝夾有足夠的強度和剛度；另一方面，保證裝夾有充分的夾緊力，可以很好，預(yù)防脫夾情況的發(fā)生。實踐應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，通過選擇耐久性良好的裝夾可以最大地減少裝夾的損壞，裝夾變形問題也可以得到有效的控制。

3.2 切削量與路徑的選擇

要實現(xiàn)改進薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量的目標(biāo)，務(wù)必做好走刀路徑和切削量的控制工作。比如，在開展薄壁套的加工時，可以通過表面粗糙度公式確定薄壁套切削量，以便更好地控制主軸轉(zhuǎn)速、背吃刀量及給進量。

確定切削量后，即可以選擇主軸轉(zhuǎn)速、背吃刀量及給進量。如表1是薄壁套的切削量選擇參考值。

表1 薄壁套的切削量選擇參考值

在切削路徑規(guī)劃過程中，需要合理增加數(shù)控加工相關(guān)操作的主動性，同時，優(yōu)化刀具路徑。重點把控以下原則：（1）粗加工工藝改良中，可選擇階梯式粗加工法和一次性粗加工法，確保順利完成薄壁零件加工。實踐應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，這一工藝可以改變傳統(tǒng)的十二走刀路徑，并可以沿著X和Y方向做平移運動，清除多余的材料，確保切削效果；（2）合理調(diào)整刀具的前角和后角，按照前后角度的特點，合理調(diào)整前角和后角的大小，以此避免摩擦和變形問題的出現(xiàn)，減弱切削力。

3.3 基于仿真數(shù)控的加工工藝質(zhì)量改進

在開展基于仿真數(shù)控的加工工藝質(zhì)量改進過程中，可以借助相關(guān)的理論公式來分析薄壁零件的加工參數(shù)。

式中，K表示薄壁零件的整體強度矩陣；F表示薄壁零件在加工過程中所承受到的負載列陣；U表示薄壁零件加工過程中出現(xiàn)的變形情況。

根據(jù)公式（2）的相關(guān)性質(zhì)，為完成薄壁零件數(shù)控加工質(zhì)量的提升工作，可以適當(dāng)對F、K值進行調(diào)整，避免變形情況的出現(xiàn)。在具體調(diào)整F、K值時，可以對所使用的薄壁原材料進行分析，若原材料強度不足，則可以選用新的薄壁材料。也可以在原材料不變的情況下，借助填充物質(zhì)的方式來增強材料強度。

4 結(jié)語

薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量改進要始終從其工藝質(zhì)量影響因素著手，在此基礎(chǔ)上開展針對性的質(zhì)量改良與優(yōu)化工作，重點做好零件裝夾、切削量與路徑及仿真數(shù)控的加工工藝質(zhì)量改進三方面的工作，以此強化加工質(zhì)量控制水平，降低生產(chǎn)成本。