數(shù)控車床加工精密薄壁零件工藝淺析

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摘要：本文首先對(duì)數(shù)控車床加工的工藝特點(diǎn)進(jìn)行了闡述，其次對(duì)數(shù)控車床的加工方法進(jìn)行了說(shuō)明，提出技術(shù)人員應(yīng)做好零件裝夾工作、優(yōu)化加工流程等與步驟等觀點(diǎn)，最后重點(diǎn)研究了與零件數(shù)控車床加工有關(guān)的工藝實(shí)踐，幫助有關(guān)人員了解零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、裝夾方案和加工過(guò)程。事實(shí)證明，相關(guān)研究為不僅為薄壁零件的高質(zhì)量加工提供了參考，還有利于提高零件加工質(zhì)量，具有較強(qiáng)的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：薄壁零件；精密加工；數(shù)控車床

0引言

近幾年，由于精密薄壁零件具有質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)勢(shì)，已被廣泛應(yīng)用在汽車、航空與機(jī)械制造領(lǐng)域中，為各行業(yè)發(fā)展提供支持。由于零件本身剛性差、強(qiáng)度不足，對(duì)其進(jìn)行加工時(shí)極易出現(xiàn)變形問(wèn)題，影響零件加工質(zhì)量與精度。為改善上述問(wèn)題，本文選取薄壁零件作為研究對(duì)象，先分析了數(shù)控車床工藝的應(yīng)用價(jià)值，隨后對(duì)該工藝技術(shù)的特點(diǎn)、方法與實(shí)踐內(nèi)容進(jìn)行深度剖析，供相關(guān)人員參考。

1數(shù)控車床加工工藝特點(diǎn)

數(shù)控車床加工對(duì)象以回轉(zhuǎn)體零件為主，若零件具有以下特征，便可采取數(shù)控加工方案：一是對(duì)精度所提出要求較高。二是對(duì)表面粗糙度具有嚴(yán)格要求。三是表面形狀相對(duì)復(fù)雜。四是有較為特殊的螺紋。另外，該工藝還可被用來(lái)對(duì)零件進(jìn)行淬硬處理。相較于傳統(tǒng)車床，數(shù)控車床的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面，首先是高難度加工，以內(nèi)成型面零件為例，由于此類零件的特點(diǎn)是肚大口小，僅憑借傳統(tǒng)車床往往無(wú)法完成高效加工和檢測(cè)的工作，數(shù)控車床強(qiáng)調(diào)利用加工程序?qū)嚨哆\(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行控制，可借助數(shù)控功能對(duì)薄壁零件進(jìn)行高難度加工。其次是加工效率極高，為保證加工效率達(dá)到預(yù)期，有關(guān)人員可選擇以數(shù)控車床為載體，通過(guò)新增控制軸坐標(biāo)的方式，使一臺(tái)車床具備同時(shí)對(duì)多個(gè)零件進(jìn)行加工的功能，另外，這樣設(shè)計(jì)還有助于自動(dòng)化加工目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)[1]。與傳統(tǒng)車床加工相比，利用數(shù)控車床進(jìn)行加工的工序更為復(fù)雜，加工作業(yè)需要滿足的要求也更高，這點(diǎn)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(dá)到1mm左右，零件表面的粗糙度以Ra2mm較為常見(jiàn)，回轉(zhuǎn)體等薄壁零件均能夠通過(guò)數(shù)控車床完成加工工作。

2數(shù)控車床加工精密薄壁零件的方法

2.1薄壁零件特點(diǎn)

薄壁零件指的是壁厚在1mm以下的金屬零件，其特點(diǎn)可被概括為結(jié)構(gòu)硬度高、整體質(zhì)量輕以及材料消耗較少，現(xiàn)已在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。對(duì)薄壁零件進(jìn)行加工時(shí)，由于其整體強(qiáng)度偏低，不僅加工難度極大，出現(xiàn)工藝質(zhì)量問(wèn)題的概率也較常規(guī)零件更高，若不及時(shí)解決上述問(wèn)題，將給零件功能性造成巨大影響，對(duì)數(shù)控車床加以應(yīng)用是大勢(shì)所趨。雖然引入數(shù)控加工技術(shù)可使零件精度和質(zhì)量得到改善，考慮到該技術(shù)極易被工藝、機(jī)床還有刀具因素所影響，要想使其優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮，關(guān)鍵是要對(duì)加工技術(shù)進(jìn)行升級(jí)，促使加工工藝朝著更加科學(xué)且完善的方向前進(jìn)。

2.2做好零件裝夾

研究表明，數(shù)控加工質(zhì)量將給零件質(zhì)量產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，在科技發(fā)展速度極快的當(dāng)今社會(huì)，數(shù)控技術(shù)已逐漸走向完善，開(kāi)始有大量企業(yè)選擇利用仿真技術(shù)完成工藝加工。在此過(guò)程中零件裝夾問(wèn)題需要引起重視，這是因?yàn)楸”诹慵?duì)加工精度所提出要求極為嚴(yán)格，要想使零件質(zhì)量得到保證，關(guān)鍵是要對(duì)其剛性進(jìn)行減弱，通過(guò)裝夾的方式，達(dá)到提高零件精度的目的。在對(duì)零件進(jìn)行裝夾時(shí)，有關(guān)人員可酌情做出調(diào)整，以確保裝夾具備良好緊湊性為前提，加大對(duì)回轉(zhuǎn)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(duì)重心控制進(jìn)行集成，才可使各項(xiàng)工作按照預(yù)期流程開(kāi)展。對(duì)相關(guān)工作加以落實(shí)時(shí)，以下內(nèi)容需要尤為注意：一是以現(xiàn)場(chǎng)情況為依據(jù)，對(duì)裝夾位置和力度加以確定，嚴(yán)格控制零件形變量，使其精度得到改善。二是對(duì)零件材料進(jìn)行科學(xué)選擇，結(jié)合懸梁伸縮系統(tǒng)所表現(xiàn)出特點(diǎn)，控制慣性力度，確保零件質(zhì)量與精度達(dá)到預(yù)期水平[2]。三是通過(guò)平衡調(diào)整，解決裝夾所存在的振動(dòng)問(wèn)題，避免零件質(zhì)量受到不必要的影響。

2.3設(shè)計(jì)工藝流程

對(duì)工藝流程進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，既能夠使加工零件的效率得到提高，還可以使零件進(jìn)度有所提升。隨著數(shù)控車床的加入，零件質(zhì)量將上升至全新高度，不僅加工環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤的概率有所降低，加工速度也會(huì)更接近預(yù)期。要想使數(shù)控機(jī)床優(yōu)勢(shì)得到更加充分的發(fā)揮，關(guān)鍵是有切實(shí)可行的方案和明確的工藝流程作為基礎(chǔ)，確保薄壁零件較易出現(xiàn)的變形問(wèn)題得到有效解決。在前期準(zhǔn)備階段，由專業(yè)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(kāi)展的基礎(chǔ)上，提升方案設(shè)計(jì)具有的合理性。此外，仿真技術(shù)的出現(xiàn)也推動(dòng)了零件加工工藝的發(fā)展，有關(guān)人員可利用仿真技術(shù)對(duì)零件加工所需數(shù)據(jù)進(jìn)行演算分析，獲得可為加工質(zhì)量提供保證的理論基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)零件精度進(jìn)行提高的方式，使零件質(zhì)量達(dá)到相關(guān)要求。此外，為保證工藝質(zhì)量達(dá)到預(yù)期，有關(guān)人員計(jì)劃以加工方法、工藝方案為落腳點(diǎn)，對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行全面優(yōu)化。一方面，出于使孔所呈現(xiàn)出狀態(tài)始終處于可控范圍內(nèi)的考慮，對(duì)零件進(jìn)行精密加工時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用光一刀技術(shù)，通過(guò)對(duì)加工質(zhì)量加以提升的方式，為加工效果提供保證。結(jié)合實(shí)踐所積累經(jīng)驗(yàn)可知，有關(guān)人員應(yīng)以零件加工情況為依據(jù)，對(duì)加工機(jī)器進(jìn)行選擇，真正做到既提升加工強(qiáng)度，又強(qiáng)化零件所具有穩(wěn)定性，將零件損壞概率降至最低。另一方面，以設(shè)計(jì)需求為依據(jù)，先粗銑零件端面，再通過(guò)加熱的方式對(duì)其進(jìn)行整體加工，在此期間以下內(nèi)容應(yīng)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(huán)節(jié)較為常見(jiàn)的夾緊變形問(wèn)題。待上述加工環(huán)節(jié)告一段落，有關(guān)人員應(yīng)及時(shí)對(duì)零件進(jìn)行退熱，為后續(xù)的精加工提供便利。精加工的重點(diǎn)是提前確定余量，以免由于余量不足，導(dǎo)致加工作業(yè)難以有序開(kāi)展或內(nèi)圓設(shè)計(jì)形態(tài)無(wú)法被修正[3]。

3數(shù)控車床加工精密薄壁零件的工藝實(shí)踐

3.1零件結(jié)構(gòu)分析

回轉(zhuǎn)體零件所使用材料是45#鋼，零件毛坯尺寸是Ф54mm×120mm，要求有關(guān)人員以設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)明尺寸及要求為依據(jù)，利用數(shù)控車床對(duì)零件進(jìn)行精密加工。該零件右端的特點(diǎn)如下：端面平齊，外輪廓有單線外螺紋一個(gè)，退刀槽一個(gè)，凹圓弧面一個(gè)，圓弧倒角兩個(gè)。左端特點(diǎn)同樣為端面平齊，外輪廓共有三個(gè)平底槽，各平底槽的深度及寬度相等，內(nèi)輪廓采用口大內(nèi)小的設(shè)計(jì)，有內(nèi)圓柱螺紋一個(gè)、內(nèi)退刀槽一個(gè)及錐面兩個(gè)。

3.2裝夾方案設(shè)計(jì)

利用數(shù)控車床對(duì)回轉(zhuǎn)體零件進(jìn)行加工，首選裝夾方式為三爪裝夾，由于零件整體長(zhǎng)度較短，通常不需要對(duì)其進(jìn)行頂尖支撐。具體裝夾方案如下：第一步，對(duì)零件左端進(jìn)行加工，將毛坯相對(duì)平整的部分作為粗基準(zhǔn)，通過(guò)裝夾的方式固定在卡盤(pán)上，將零件外伸長(zhǎng)度控制在50mm左右，選擇45°的外圓車刀作為主要工具，由專業(yè)人員利用外圓車刀對(duì)端面進(jìn)行手動(dòng)加工，隨后，利用中心鉆在指定位置鉆出中心孔，借助Ф20mm規(guī)格的鉆頭對(duì)底孔進(jìn)行加工并進(jìn)行數(shù)控加工。第二步，以左端面為精基準(zhǔn)，利用120mm長(zhǎng)、0.2mm厚的銅皮將其完全包裹，將加工完畢的外表面夾緊。對(duì)于需要大量加工的零件，有關(guān)人員可利用軟爪對(duì)零件右端進(jìn)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(zhǔn)的工作告一段落，便可利用外圓車刀對(duì)端面進(jìn)行加工，在保證端面長(zhǎng)度符合要求的基礎(chǔ)上，完成數(shù)控加工及后續(xù)工作[4]。

3.3加工工藝過(guò)程

在加工以套類、盤(pán)類及軸類為代表的回轉(zhuǎn)體零件時(shí)，優(yōu)先選擇數(shù)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(dá)到相關(guān)要求。對(duì)零件進(jìn)行加工的流程如下：首先，由專業(yè)人員分析零件設(shè)計(jì)圖紙，根據(jù)圖紙所提出要求，分別對(duì)基點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，確定裝夾作業(yè)結(jié)束后零件所對(duì)應(yīng)坐標(biāo)系。其次，對(duì)加工方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體內(nèi)容包括確定裝夾方案與加工順序，科學(xué)選擇刀具并調(diào)整加工余量，視情況選擇切削液以及切削用量。再次，對(duì)測(cè)試程序進(jìn)行編制，將加工程序輸入對(duì)應(yīng)的數(shù)控車床。最后，在對(duì)零件和刀具進(jìn)行裝夾的基礎(chǔ)上，完成零件檢測(cè)工作。事實(shí)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(zhì)量的基礎(chǔ)上，縮短數(shù)控車床加工用時(shí)并節(jié)約能源，使車床磨損率得到控制，刀具壽命及勞動(dòng)生產(chǎn)率也會(huì)得到顯著提高。實(shí)際加工中以下內(nèi)容需要引起重視：一是在選擇刀具時(shí)，有關(guān)人員應(yīng)以零件特點(diǎn)和需要達(dá)到的要求為依據(jù)。對(duì)本文所討論回轉(zhuǎn)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(chǔ)上，新增Ф16mm規(guī)格的內(nèi)控車刀。二是對(duì)加工余量進(jìn)行確定的依據(jù)通常是加工工序，對(duì)長(zhǎng)度和外圓輪廓進(jìn)行粗加工時(shí)，加工余量應(yīng)被控制在0.4mm左右，對(duì)長(zhǎng)度和外圓輪廓進(jìn)行半精加工時(shí)，余量調(diào)整為0.2mm。而對(duì)長(zhǎng)度及內(nèi)圓輪廓進(jìn)行粗加工需要預(yù)留的加工余量，通常在0.3mm~0.5mm之間，在進(jìn)行到半精加工環(huán)節(jié)時(shí)，有關(guān)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(xiàng)目中，有關(guān)人員指出應(yīng)對(duì)油性切削液加以應(yīng)用，切削用量以加工手冊(cè)為準(zhǔn)。

4結(jié)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(shù)控車床技術(shù)在零件加工中的應(yīng)用價(jià)值。研究表明，將數(shù)控車床應(yīng)用在精密零件的加工中并對(duì)具體加工流程進(jìn)行控制，有利于實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，確保零件加工符合精細(xì)化與可控性原則，得薄壁零件具有良好的加工精度與應(yīng)用性能。

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作者:關(guān)海英 雷彪 單位:內(nèi)蒙古機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院