薄壁零件数控加工工艺改进研究
时间：2023-03-24 10:20:08 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
白钰慧
（甘肃机电职业技术学院机械工程学院，甘肃 天水 741001）
随着薄壁零件应用范围的不断扩大，使得薄壁零件加工时逐渐对数控技术进行了应用，有效提升了薄壁零件的加工速度与质量。但需要注意的是，受到技术、工艺等方面因素的影响，导致薄壁零件经常出现一些问题，对零件的应用造成较大干扰。所以，为了生产出质量更加良好、精确度更高的薄壁零件，应对现有数控加工工艺进行优化。
1.1 工艺介绍
薄壁零件指厚度在1mm以下的金属零件，重量低，所需材料少，且结构较为坚硬，常用于一些特殊场合，如微波器件、仪表舱体等。然而，薄壁零件也存在一些缺陷，如刚性差，加工制造时很容易出现变形问题等，大大增加了薄壁零件数控加工的难度。薄壁零件数控加工时，虽然对CAM编程技术等进行了应用，在一定程度上提升了薄壁零件加工的精确性，但在代码输出方面，则无法满足薄壁零件的数控加工，使得零件的质量与精确度不符合要求，影响薄壁零件的正常使用。所以，现代薄壁零件数控加工时，采用的仍然是切削参数并作持续反复精加工工艺。如在对壁厚为0.5mm的零件加工时，加工人员根据以往的工作经验，设定出相应参数，并初步制作出零件，然后根据初步零件的具体情况，不断地对程序内相关参数进行调节，直到可以制作出符合规定要求的零件。这一工艺操作较为烦琐，需要反复地调节参数，这大大增加了零件的生产周期。
1.2 加工刀具
零件加工制作时，刀具是其中较重要的组成部分，只有选择合理的刀具，并设计最佳的参数，才可确保整个加工制造活动顺利进行，生产出符合精确性与质量要求的薄壁零件。所以，薄壁零件加工制作时，应针对零件形状、精确性要求等，选择合理的加工刀具。其中，若零件表面轮廓凸起，应以立铣刀为主，直径为10mm或8mm；
若零件内部含有孔洞，则以机用铰刀为主，直径为10mm，也可采用镗刀，直径为6mm；
若零件内部存在凹槽，应以立铣刀为主，直径为6mm。实际制作时，一般不采用2mm以下的刀具，这是因为刀具直径较小，在对工件材料处理时，很容易产生较大的震动，进而导致刀具这段损坏，并在零件表面产生明显划痕，对刀具与零件的使用均具有较大影响。此外，在刀具选择上，还应注重刀具的线速度，确保线速度达到一定水平，只有这样，刀具才会具有更加良好的动平衡性能，使其在快速旋转时，仅会产生很小的跳动，以此提升零件切削质量。
2.1 工件夹装
工件夹装时，应针对工件材料特性，选择最佳的夹装方式，以保证整个加工制造活动顺利进行，并生产出高质量的薄壁零件。现代零件加工领域内存在多种薄壁零件加工技术，空心浇灌法是其中应用较广泛的一种。该加工工艺中，辅材包括石蜡、松香等，工件整体成形后，将辅材取出，并对工件精加工。该工艺效率较低，使得工件制作需要花费大量时间，因而一些工期较为紧张的工件，或是需要批量制造的工件加工时，通常采用直接加工工艺，这时，则应考虑夹具的夹紧力，针对工件加工要求，设计最佳的夹紧力，保证工件无法移动的同时，又不可因为夹紧力过大而出现划分或损伤。然而，在实际操作时，经常受到人员等因素的影响，导致夹具的选择并不合理，参数设定并不科学，使得零件加工过程中，容易出现工件活动或是工件表面出现划痕的问题，影响零件的精确性与质量，不利于薄壁零件的使用。
2.2 切割角度
机械零件生产制作时，应针对零件形状规格，结合零件材料特点，设计最佳的切割角度，以使整个切割工序顺利进行，保证工件切割质量，提升薄壁零件的精确度，反之，若未能设计出合理的切割角度，一方面，会导致零件精确度较低，壁厚不符合规定要求；
另一方面，还可能使零件表面出现一些划痕，影响零件的后续使用，严重情况下，甚至会导致零件出现较大损伤而报废。所以，在薄壁零件加工制造过程中，一定要对切割角度予以高度重视，以提升零件的切削质量与效率，为薄壁零件后续使用打下良好的基础。
2.3 走刀形式
选择合理的刀具，设计最佳的切割角度后，虽然可以提升薄壁零件的加工精确性，但依然会受到走刀形式的影响，导致零件出现一些缺陷，不利于零件的后续使用。薄壁零件加工过程中，通常采用2种走刀形式：（1）一次性粗加工法，根据具体操作原理的不同，又可将其划分成两种不同方法，如蛇形走刀法、单向反复走刀法等。（2）阶梯式粗加工法，应用该走刀形式时，应针对零件加工需求，选择合理的移动轨迹，设置最佳的加工量，以保证零件加工质量符合要求。在刀具切割过程中，通过对走刀方式的不断调节，能够使整个刀具一直处于最佳位置，及时改善刀具轨迹存在的不足。实际切割时，按照水平轴的45°角为基准面，逐渐将多余材料切掉，不仅会减少对刀具的破坏，而且还可以保证零件加工质量，为薄壁零件更好的使用打下良好的基础。
2.4 工艺流程
除上述几个方面外，工艺流程因素也会对薄壁零件数控加工效果产生一定影响。一方面，薄壁零件加工时，若加工人员未能全面了解零件特点，未能设计出最佳的工艺流程，缺乏对零件变形的重视程度，则会导致零件后续加工处理时，出现变形、划痕等问题影响零件的加工质量，影响零件的后续使用。另一方面，加工人员忽略了刀具、车床等方面的震动情况，未能采用科学、合理的方式对加工震动进行控制，导致整个零件加工中很容易出现较大的震动，轻者会影响零件的精确度，重者会使零件出现损伤，使零件完全报废。所以，在薄壁零件数控加工时，要注重工艺流程的设计。
3.1 加强仿真技术的应用
科学技术快速发展的今天，使仿真技术更加成熟与完善，并被广泛应用到各个领域，通过仿真技术的应用，大大提升了相关工作的效率与质量，推动现代社会向着更好的方向发展。所以，在薄壁零件数控加工时，应加强对仿真技术的应用。加工人员根据薄壁零件加工要求，结合材质特点等因素，在CZK等仿真软件内录入零件整体强度短距K与负载列阵F，之后由软件自动计算、分析出零件的变形情况U，公式为U=F/K。这样通过对K与F的优化与调节，逐渐构建出不同情况下的零件结构仿真图，通过这些仿真图的观察，以确定出最佳的F与K值，为薄壁零件的加工打下良好的基础，提升零件加工质量与精确度。
3.2 改进工件夹装方法
薄壁零件加工时，要采用合理的夹装方法，如磁性吸盘吸附法、内控定位夹具法等，只有这样，才会提升零件的加工质量。实际加工过程中，应根据零件强度的具体情况，按照下述公式，设计出最佳的夹紧力或支撑力。
其中，af表示进给量；
aw表示切削宽度；
KFZ表示修正系数；
d0表示刀具外径；
ap表示切削深度；
z表示刀具齿数。
对于薄壁零件来说，刚度较低，因而对其夹取时，应向其施加一定的支撑力，以提升零件的加工强度，防止夹紧力过大而导致零件出现损伤。而若零件的刚度较大，则应向其施加夹紧力，以将零件有效固定。同时，还应针对零件加工要求，结合零件材质特点，制作适当的辅助夹具。
现代机械制造领域的快速发展，夹装工具也在更新换代，在条件允许的情况下，最好选择那些先进的夹装工具，如电动膨胀套等，利用该工具内部连接到自动化系统，自动调节夹具的力度与角度等，以使夹紧力或支撑力处于合理范围内，防止应力过大或过小对零件质量与精确度造成影响。
3.3 设置科学的切割角度
由上述分析可知，切割角度与薄壁零件数控加工质量具有紧密联系，若切割角度设置不合理，将会导致薄壁零件加工质量低，精确度不符合要求，影响零件的后续使用。所以，在薄壁零件数控加工时，要设置科学的切割角度。具体操作时，应针对零件形状的具体情况，设置出不同的切割角度。如零件内部存在孔洞或凹陷，角度则应较小一些，控制在5°以内，避免刀具与材料接触时产生较大的震动。若零件需要对表面轮廓进行处理，则应以切向方向或圆弧进刀方式为主，防止零件表面出现各种纹路。此外，在加工时，要设计最佳的主副偏角，其中，主偏角控制在93°～97°，副偏角控制在8～12°，防止零件出现较大的磨损。
3.4 设置最佳的走刀形式
薄壁零件数控加工过程中，要想确保零件质量与精确性符合要求，就要设置最佳的走刀形式，并计算出最佳的切削量，以此为刀具的移动与材料的进给量等提供依据。计算出切削量后，则应以此为基础，设置合理的主轴转速、背吃刀量与进给量，以薄壁套为例，不同刀具床中3个参数值，如表1所示。
表1 不同刀具中各项切割参数值
切割形式设计时，应设置最佳的刀具路径。具体来说，需要注重以下两项原则。（1）对于粗加工工艺来说，应在常规走到路径的基础上，更换成更好的阶梯式粗加工法，使得工件切削时，能够顺着水平与竖直方向进行稳步移动，并按照零件形状与规格，切掉多余材料，以提升零件切割质量。（2）针对刀具运行需求，设定最佳的前、后角，一般控制在15°～20°，防止材料切割时出现变形等问题。
3.5 优化加工工艺流程
加工工艺流程的好坏，直接关系到薄壁零件的加工质量与精确度，只有设计出最佳的加工工艺流程。首先，加强对零件结构的分析，准确了解零件的具体情况，寻找出零件可能出现的变形问题，之后以此为基础，利用相关技术、理论为依托，设计出相应的加工工艺流程，然后通过试验分析的方式，验证该工艺流程的应用效果，发现其中存在的不足与缺陷，并进一步予以优化，以此得到更好的加工工艺流程。与此同时，在薄壁零件加工时，应利用专业的压力监测仪器，对零件受力情况的监测，不断调节零件加工方位，以使刀具与零件更好地接触，防止加工时出现剧烈震动，保证零件质量符合要求。
综上所述，现代机械制造领域逐渐对薄壁零件进行了广泛应用，确保薄壁零件质量与精确性符合规定要求，可使其在机械设备中发挥出最大的作用，不断提升机械设备的性能。然而，传统薄壁零件加工制造时，经常受到工件夹装、切割角度、走刀形式、工艺流程等因素的影响，导致零件加工精确度不符合要求，影响零件的使用。所以，为了生成精确度更高、质量更好的薄壁零件，要从多个角度出发，逐渐对薄壁零件数控加工工艺予以改进。
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