數控車床加工精密薄壁零件的工藝探討

關海英 雷彪

摘要： 本文首先對數控車床加工的工藝特點進行了闡述，其次對數控車床的加工方法進行了說明，提出技術人員應做好零件裝夾工作、優化加工流程等與步驟等觀點，最后重點研究了與零件數控車床加工有關的工藝實踐，幫助有關人員了解零件的結構特點、裝夾方案和加工過程。事實證明，相關研究為不僅為薄壁零件的高質量加工提供了參考，還有利于提高零件加工質量，具有較強的理論價值和現實意義。

Abstract： This paper first expounds the process characteristics of CNC lathe processing， discusses the technicians， optimize the processing process and steps， and studies the process practice related to CNC lathe processing， to understand the structural characteristics， loading and binding scheme and processing process.Facts have proved that the relevant research not only provides a reference for the high quality processing of thin-wall parts， but also is conducive to improve the processing quality of parts， which has strong theoretical value and practical significance.

關鍵詞： 薄壁零件;精密加工;數控車床

Key words： thin wall parts;precision machining;CNC lathe

中圖分類號：TG519.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）23-0105-02

0? 引言

近幾年，由于精密薄壁零件具有質量輕、結構緊湊等優勢，已被廣泛應用在汽車、航空與機械制造領域中，為各行業發展提供支持。由于零件本身剛性差、強度不足，對其進行加工時極易出現變形問題，影響零件加工質量與精度。為改善上述問題，本文選取薄壁零件作為研究對象，先分析了數控車床工藝的應用價值，隨后對該工藝技術的特點、方法與實踐內容進行深度剖析，供相關人員參考。

1? 數控車床加工工藝特點

數控車床加工對象以回轉體零件為主，若零件具有以下特征，便可采取數控加工方案：一是對精度所提出要求較高。二是對表面粗糙度具有嚴格要求。三是表面形狀相對復雜。四是有較為特殊的螺紋。另外，該工藝還可被用來對零件進行淬硬處理。相較于傳統車床，數控車床的特點主要體現在三個方面，首先是高難度加工，以內成型面零件為例，由于此類零件的特點是肚大口小，僅憑借傳統車床往往無法完成高效加工和檢測的工作，數控車床強調利用加工程序對車刀運動軌跡進行控制，可借助數控功能對薄壁零件進行高難度加工。其次是加工效率極高，為保證加工效率達到預期，有關人員可選擇以數控車床為載體，通過新增控制軸坐標的方式，使一臺車床具備同時對多個零件進行加工的功能，另外，這樣設計還有助于自動化加工目標的實現[1]。與傳統車床加工相比，利用數控車床進行加工的工序更為復雜，加工作業需要滿足的要求也更高，這點需要引起重視。最后是加工精度理想，薄壁零件的尺寸精度往往能夠達到1mm左右，零件表面的粗糙度以Ra2mm較為常見，回轉體等薄壁零件均能夠通過數控車床完成加工工作。

2? 數控車床加工精密薄壁零件的方法

2.1 薄壁零件特點

薄壁零件指的是壁厚在1mm以下的金屬零件，其特點可被概括為結構硬度高、整體質量輕以及材料消耗較少，現已在工業領域得到廣泛應用。對薄壁零件進行加工時，由于其整體強度偏低，不僅加工難度極大，出現工藝質量問題的概率也較常規零件更高，若不及時解決上述問題，將給零件功能性造成巨大影響，對數控車床加以應用是大勢所趨。雖然引入數控加工技術可使零件精度和質量得到改善，考慮到該技術極易被工藝、機床還有刀具因素所影響，要想使其優勢得到充分發揮，關鍵是要對加工技術進行升級，促使加工工藝朝著更加科學且完善的方向前進。

2.2 做好零件裝夾

研究表明，數控加工質量將給零件質量產生深遠影響，在科技發展速度極快的當今社會，數控技術已逐漸走向完善，開始有大量企業選擇利用仿真技術完成工藝加工。在此過程中零件裝夾問題需要引起重視，這是因為薄壁零件對加工精度所提出要求極為嚴格，要想使零件質量得到保證，關鍵是要對其剛性進行減弱，通過裝夾的方式，達到提高零件精度的目的。

在對零件進行裝夾時，有關人員可酌情做出調整，以確保裝夾具備良好緊湊性為前提，加大對回轉力矩陣加以控制的力度。另外，考慮到裝夾本身極易被主軸所影響，只有以主軸頂端為載體，對重心控制進行集成，才可使各項工作按照預期流程開展。對相關工作加以落實時，以下內容需要尤為注意：一是以現場情況為依據，對裝夾位置和力度加以確定，嚴格控制零件形變量，使其精度得到改善。二是對零件材料進行科學選擇，結合懸梁伸縮系統所表現出特點，控制慣性力度，確保零件質量與精度達到預期水平[2]。三是通過平衡調整，解決裝夾所存在的振動問題，避免零件質量受到不必要的影響。

2.3 設計工藝流程

對工藝流程進行科學設計，既能夠使加工零件的效率得到提高，還可以使零件進度有所提升。隨著數控車床的加入，零件質量將上升至全新高度，不僅加工環節出現失誤的概率有所降低，加工速度也會更接近預期。要想使數控機床優勢得到更加充分的發揮，關鍵是有切實可行的方案和明確的工藝流程作為基礎，確保薄壁零件較易出現的變形問題得到有效解決。在前期準備階段，由專業人員整理零件加工所涉及的各方面因素，包括但不限于幾何切割面及受力因素，在保證切割流程有序開展的基礎上，提升方案設計具有的合理性。此外，仿真技術的出現也推動了零件加工工藝的發展，有關人員可利用仿真技術對零件加工所需數據進行演算分析，獲得可為加工質量提供保證的理論基礎，通過對零件精度進行提高的方式，使零件質量達到相關要求。

此外，為保證工藝質量達到預期，有關人員計劃以加工方法、工藝方案為落腳點，對相關技術進行全面優化。一方面，出于使孔所呈現出狀態始終處于可控范圍內的考慮，對零件進行精密加工時，應優先選用光一刀技術，通過對加工質量加以提升的方式，為加工效果提供保證。結合實踐所積累經驗可知，有關人員應以零件加工情況為依據，對加工機器進行選擇，真正做到既提升加工強度，又強化零件所具有穩定性，將零件損壞概率降至最低。另一方面，以設計需求為依據，先粗銑零件端面，再通過加熱的方式對其進行整體加工，在此期間以下內容應引起重視：利用軸向壓緊替代徑向夾緊，確保零件僅承受軸向力，從而有效解決零件加工環節較為常見的夾緊變形問題。待上述加工環節告一段落，有關人員應及時對零件進行退熱，為后續的精加工提供便利。精加工的重點是提前確定余量，以免由于余量不足，導致加工作業難以有序開展或內圓設計形態無法被修正[3]。

3? 數控車床加工精密薄壁零件的工藝實踐

3.1 零件結構分析

回轉體零件所使用材料是45#鋼，零件毛坯尺寸是Ф54mm×120mm，要求有關人員以設計圖紙標明尺寸及要求為依據，利用數控車床對零件進行精密加工。該零件右端的特點如下：端面平齊，外輪廓有單線外螺紋一個，退刀槽一個，凹圓弧面一個，圓弧倒角兩個。左端特點同樣為端面平齊，外輪廓共有三個平底槽，各平底槽的深度及寬度相等，內輪廓采用口大內小的設計，有內圓柱螺紋一個、內退刀槽一個及錐面兩個。

3.2 裝夾方案設計

利用數控車床對回轉體零件進行加工，首選裝夾方式為三爪裝夾，由于零件整體長度較短，通常不需要對其進行頂尖支撐。具體裝夾方案如下：第一步，對零件左端進行加工，將毛坯相對平整的部分作為粗基準，通過裝夾的方式固定在卡盤上，將零件外伸長度控制在50mm左右，選擇45°的外圓車刀作為主要工具，由專業人員利用外圓車刀對端面進行手動加工，隨后，利用中心鉆在指定位置鉆出中心孔，借助Ф20mm規格的鉆頭對底孔進行加工并進行數控加工。第二步，以左端面為精基準，利用120mm長、0.2mm厚的銅皮將其完全包裹，將加工完畢的外表面夾緊。對于需要大量加工的零件，有關人員可利用軟爪對零件右端進行裝夾，這樣做可省略找正步驟、提升加工速率。待裝夾精基準的工作告一段落，便可利用外圓車刀對端面進行加工，在保證端面長度符合要求的基礎上，完成數控加工及后續工作[4]。

3.3 加工工藝過程

在加工以套類、盤類及軸類為代表的回轉體零件時，優先選擇數控車床加工，旨在確保零件形位精度、尺寸精度還有表面粗糙度達到相關要求。對零件進行加工的流程如下：首先，由專業人員分析零件設計圖紙，根據圖紙所提出要求，分別對基點和節點進行計算，確定裝夾作業結束后零件所對應坐標系。其次，對加工方案進行設計，具體內容包括確定裝夾方案與加工順序，科學選擇刀具并調整加工余量，視情況選擇切削液以及切削用量。再次，對測試程序進行編制，將加工程序輸入對應的數控車床。最后，在對零件和刀具進行裝夾的基礎上，完成零件檢測工作。事實證明，只有按部就班的完成上述步驟，才能在保證零件加工質量的基礎上，縮短數控車床加工用時并節約能源，使車床磨損率得到控制，刀具壽命及勞動生產率也會得到顯著提高。

實際加工中以下內容需要引起重視：一是在選擇刀具時，有關人員應以零件特點和需要達到的要求為依據。對本文所討論回轉體零件而言，其右端及左端所使用刀具存在明顯差異，右端需要用到35°的外圓車刀、60°的外徑螺紋刀以及3mm的外切槽道，左端則需要在上述刀具的基礎上，新增Ф16mm規格的內控車刀。二是對加工余量進行確定的依據通常是加工工序，對長度和外圓輪廓進行粗加工時，加工余量應被控制在0.4mm左右，對長度和外圓輪廓進行半精加工時，余量調整為0.2mm。而對長度及內圓輪廓進行粗加工需要預留的加工余量，通常在0.3mm～0.5mm之間，在進行到半精加工環節時，有關人員可將加工余量更改成0.1mm。三是基于道具和加工材料等因素確定切削液類型，在本項目中，有關人員指出應對油性切削液加以應用，切削用量以加工手冊為準。

4? 結論

綜上，本文以精密薄壁零件的加工作為研究課題，分析了數控車床技術在零件加工中的應用價值。研究表明，將數控車床應用在精密零件的加工中并對具體加工流程進行控制，有利于實現預期目標，確保零件加工符合精細化與可控性原則，得薄壁零件具有良好的加工精度與應用性能。

參考文獻：

[1]高顯勝，周揚，李澤宇，等.大型非封閉圓薄壁鑄鋁合金零件車削加工[J].金屬加工（冷加工），2020（11）：69-72.

[2]李小曼，李善良，張冶，等.大直徑薄壁導管數控彎曲成形技術淺析[J].輕合金加工技術，2019，047（011）：47-51.

[3]王良，周金強，何曉青，等.大直徑薄壁框類零件的五軸聯動加工工藝優化[J].制造技術與機床，2020（09）：7-11.

[4]黃志偉，李珊.基于變形控制的薄壁板狀壓鑄件加工精度保證[J].特種鑄造及有色合金，2020，40（03）：66-68.