浅谈薄壁零件数控加工工艺质量改进方法

2021-07-15许新伟

中国设备工程 2021年13期

许新伟

（济南市技师学院，山东济南 250001）

薄壁零件是一种壁厚度＜1mm的金属零件类型，因其有结构紧凑、质量轻和材料消耗量低的优势，因而在工业生产中有广泛的应用。通过数控技术开展薄壁零件加工，可以缩短薄壁零件的加工效率，同时提升加工精度，但实际生产过程中也极易受到诸多生产因素的影响，导致加工质量受影响。比如，在薄壁零件数控加工生产过程中，工艺质量极易受到装夹、刀具和工艺流程的影响，对薄壁零件功能有较大的影响。因此，针对影响薄壁零件数控加工质量的因素，积极做好预防和改进工作尤为关键，必须予以充分的重视。

1 薄壁零件数控加工工艺

数控技术的广泛应用改变了薄壁零件传统的加工模式，不仅提升了薄壁零件的加工效率，而且通过应用PLC控制系统提升了对切削刀具的控制能力，可更好地完成薄壁零件的切削工作。总的来说，薄壁零件的数控加工主要有三个阶段，即粗加工阶段、半精加工阶段及精加工阶段。在粗加工阶段，主要是对薄壁零件做初步加工，需要结合零件特点和类型来选择加工工艺。比如，在开展薄壁套的粗加工时，需要应用粗车外圆、粗镗内孔等工艺，同时去除多余的材料。在半精加工阶段，需要及时处理薄壁零件的次要表面，保证加工质量。待完成次要表面的加工后，工作人员要去除薄壁零件的多余部分，以确保可以满足精度要求。在精加工阶段，所生产的薄壁零件生产精度已经初步达到了相关的规范标准，精加工阶段需要借助精车零件外圆的方式对一些微小部位进行细加工，以此确保其精度和粗超度均可以满足图纸要求。

在薄壁零件数控加工过程中，考虑到薄壁零件对尺寸精度和加工位形精度有较高的要求，同时，加工极易受到刚性、易变性等因素的影响，因而实际开展加工时，要给予加工工艺科学应用充分的重视。比如，在生产薄壁套过程中，工作人员要重点做好两端面、外圆面和内孔三方面的工作，严格遵循粗加工阶段、半精加工阶段及精加工阶段的技术规范要求。

生产时先按照技术要求展开粗车外圆，确保外圆可以达到预先设计的目标值；而后进一步对展开的半精车外圆进行加工处理，调整和控制薄壁的直径，确保零件初步满足工艺要求；最后，在选择精车外圆时对零件做进一步的加工处理，确保加工精度满足图纸要求。在开展薄壁零件数控加工过程中，需要特别注意一点，即为了确保数控加工工艺可以有效应用，工作人员要做好刀具的选择工作，确保所选用的刀具有足够的刚性、强度合精度，且便于维修和拆卸，通过选择合适的刀具确保切削的精度和可靠性。

2 影响薄壁零件数控加工工艺质量的因素

2.1 零件装夹影响薄壁零件数控加工工艺质量

零件装夹是薄壁零件数控加工工艺高效应用的重要设备，若是装夹质量无法满足生产需求，势必会导致生产过程中出现脱夹的情况，继而导致薄壁零件加工质量不达标的情况，严重时还会引发安全事故。另外，当装夹的刚度不达标或变形应力控制不当时，也会导致生产质量受到影响。除此之外，受到零件装夹的影响，薄壁零件加工过程中会出现形变的情况，同样会导致加工质量受到影响。

2.2 切削角度影响薄壁零件数控加工工艺质量

为确保薄壁零件数控加工质量，工作人员要预先对所选择的刀具参数做全面的分析，确保刀具满足生产需求。通常情况下，当受到刀具切削角度、切削速度和进给速度等因素的影响时，刀具切削过程中会出现较多的风险和故障，尤其是切削过程中会导致薄壁零件出现变形和摩擦。比如，当刀具的前角和后角发生变化时，会出现摩擦和变形增加的情况，切削力随之增强，继而引起薄壁零件变形程度增加，影响加工质量。

2.3 走刀方式与路径影响薄壁零件数控加工工艺质量

走刀方式与路径均是薄壁零件数控加工过程中的重点，尤其是走刀对数控加工质量可以产生直接的影响。走刀方式与路径的科学控制可以提升薄壁零件数控加工效率与质量，但若是在数控加工过程中未对走刀方式和路径给予充分的重视，则势必影响薄壁零件加工质量，严重时还会破坏刀具，引发生产事故。

2.4 工艺路线影响薄壁零件数控加工工艺质量

针对薄壁零件数控加工工艺的特殊性，为确保薄壁零件的加工质量，工作人员需要结合零件生产特点和需求科学确定工艺路线。若是在确定工艺路线时对薄壁零件变形处理知识了解的不够全面，没有充分考虑变形问题，极易导致薄壁零件加工效果不佳，继而引发薄壁零件质量问题。除此之外，若是工作人员未充分重视数控加工振动现象和加工剩余量等相关性因素，也会导致薄壁零件在加工过程中出现质量问题。

3 薄壁零件数控加工工艺质量改进方法

3.1 零件装夹的改进要点

考虑到零件装夹对薄壁零件数控加工质量有较大的影响，在整个生产工艺中发挥着十分重要的作用，因而必须做好零件装夹的质量改进工作。一方面，在生产过程中加强零件装夹质量的管理工作，避免出现因为小故障而导致零件加工质量受损的情况；另一方面，在设计阶段要控制零件装夹质量，确保各项参数可以满足生产要求。总的来说，零件装夹的改进与优化可以重点从以下几方面着手。

（1）确保零件装夹结构紧凑，悬伸短：数控加工过程中，装夹会随着主轴回转而回转，为确保装夹的重心可以始终紧紧贴靠主轴的端部，需要有效控制装夹的重心。通过控制装夹重心，可以确保其惯性力和回转力矩大小满足数控加工精度要求，从而保障加工质量。在悬伸长度控制方面，工作人员要根据薄壁零件实际情况选择，比如，在开展薄壁套的数控加工时，当薄壁管外径为63mm时，则其悬伸长度控制在L/D＜1.25。

（2）确保装夹与数控机床之间的连接平稳且有效，同时对影响两者连接的因素及时消除，减少安装因素对薄壁零件加工质量的影响。

（3）确保装夹机构有足够的安全性和耐久性：装夹机构的选择以安全性和耐久性为原则，一方面，保证装夹有足够的强度和刚度；另一方面，保证装夹有充分的夹紧力，可以很好，预防脱夹情况的发生。实践应用发现，通过选择耐久性良好的装夹可以最大地减少装夹的损坏，装夹变形问题也可以得到有效的控制。

3.2 切削量与路径的选择

要实现改进薄壁零件数控加工工艺质量的目标，务必做好走刀路径和切削量的控制工作。比如，在开展薄壁套的加工时，可以通过表面粗糙度公式确定薄壁套切削量，以便更好地控制主轴转速、背吃刀量及给进量。

确定切削量后，即可以选择主轴转速、背吃刀量及给进量。如表1是薄壁套的切削量选择参考值。

表1 薄壁套的切削量选择参考值

在切削路径规划过程中，需要合理增加数控加工相关操作的主动性，同时，优化刀具路径。重点把控以下原则：（1）粗加工工艺改良中，可选择阶梯式粗加工法和一次性粗加工法，确保顺利完成薄壁零件加工。实践应用发现，这一工艺可以改变传统的十二走刀路径，并可以沿着X和Y方向做平移运动，清除多余的材料，确保切削效果；（2）合理调整刀具的前角和后角，按照前后角度的特点，合理调整前角和后角的大小，以此避免摩擦和变形问题的出现，减弱切削力。