数控车床加工精密薄壁零件的工艺探讨

关海英 雷彪

摘要： 本文首先对数控车床加工的工艺特点进行了阐述，其次对数控车床的加工方法进行了说明，提出技术人员应做好零件装夹工作、优化加工流程等与步骤等观点，最后重点研究了与零件数控车床加工有关的工艺实践，帮助有关人员了解零件的结构特点、装夹方案和加工过程。事实证明，相关研究为不仅为薄壁零件的高质量加工提供了参考，还有利于提高零件加工质量，具有较强的理论价值和现实意义。

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.

关键词： 薄壁零件;精密加工;数控车床

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

中图分类号：TG519.1                                      文獻标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）23-0105-02

0  引言

近几年，由于精密薄壁零件具有质量轻、结构紧凑等优势，已被广泛应用在汽车、航空与机械制造领域中，为各行业发展提供支持。由于零件本身刚性差、强度不足，对其进行加工时极易出现变形问题，影响零件加工质量与精度。为改善上述问题，本文选取薄壁零件作为研究对象，先分析了数控车床工艺的应用价值，随后对该工艺技术的特点、方法与实践内容进行深度剖析，供相关人员参考。

1  数控车床加工工艺特点

数控车床加工对象以回转体零件为主，若零件具有以下特征，便可采取数控加工方案：一是对精度所提出要求较高。二是对表面粗糙度具有严格要求。三是表面形状相对复杂。四是有较为特殊的螺纹。另外，该工艺还可被用来对零件进行淬硬处理。相较于传统车床，数控车床的特点主要体现在三个方面，首先是高难度加工，以内成型面零件为例，由于此类零件的特点是肚大口小，仅凭借传统车床往往无法完成高效加工和检测的工作，数控车床强调利用加工程序对车刀运动轨迹进行控制，可借助数控功能对薄壁零件进行高难度加工。其次是加工效率极高，为保证加工效率达到预期，有关人员可选择以数控车床为载体，通过新增控制轴坐标的方式，使一台车床具备同时对多个零件进行加工的功能，另外，这样设计还有助于自动化加工目标的实现[1]。与传统车床加工相比，利用数控车床进行加工的工序更为复杂，加工作业需要满足的要求也更高，这点需要引起重视。最后是加工精度理想，薄壁零件的尺寸精度往往能够达到1mm左右，零件表面的粗糙度以Ra2mm较为常见，回转体等薄壁零件均能够通过数控车床完成加工工作。

2  数控车床加工精密薄壁零件的方法

2.1 薄壁零件特点

薄壁零件指的是壁厚在1mm以下的金属零件，其特点可被概括为结构硬度高、整体质量轻以及材料消耗较少，现已在工业领域得到广泛应用。对薄壁零件进行加工时，由于其整体强度偏低，不仅加工难度极大，出现工艺质量问题的概率也较常规零件更高，若不及时解决上述问题，将给零件功能性造成巨大影响，对数控车床加以应用是大势所趋。虽然引入数控加工技术可使零件精度和质量得到改善，考虑到该技术极易被工艺、机床还有刀具因素所影响，要想使其优势得到充分发挥，关键是要对加工技术进行升级，促使加工工艺朝着更加科学且完善的方向前进。

2.2 做好零件装夹

研究表明，数控加工质量将给零件质量产生深远影响，在科技发展速度极快的当今社会，数控技术已逐渐走向完善，开始有大量企业选择利用仿真技术完成工艺加工。在此过程中零件装夹问题需要引起重视，这是因为薄壁零件对加工精度所提出要求极为严格，要想使零件质量得到保证，关键是要对其刚性进行减弱，通过装夹的方式，达到提高零件精度的目的。

在对零件进行装夹时，有关人员可酌情做出调整，以确保装夹具备良好紧凑性为前提，加大对回转力矩阵加以控制的力度。另外，考虑到装夹本身极易被主轴所影响，只有以主轴顶端为载体，对重心控制进行集成，才可使各项工作按照预期流程开展。对相关工作加以落实时，以下内容需要尤为注意：一是以现场情况为依据，对装夹位置和力度加以确定，严格控制零件形变量，使其精度得到改善。二是对零件材料进行科学选择，结合悬梁伸缩系统所表现出特点，控制惯性力度，确保零件质量与精度达到预期水平[2]。三是通过平衡调整，解决装夹所存在的振动问题，避免零件质量受到不必要的影响。

2.3 设计工艺流程

对工艺流程进行科学设计，既能够使加工零件的效率得到提高，还可以使零件进度有所提升。随着数控车床的加入，零件质量将上升至全新高度，不仅加工环节出现失误的概率有所降低，加工速度也会更接近预期。要想使数控机床优势得到更加充分的发挥，关键是有切实可行的方案和明确的工艺流程作为基础，确保薄壁零件较易出现的变形问题得到有效解决。在前期准备阶段，由专业人员整理零件加工所涉及的各方面因素，包括但不限于几何切割面及受力因素，在保证切割流程有序开展的基础上，提升方案设计具有的合理性。此外，仿真技术的出现也推动了零件加工工艺的发展，有关人员可利用仿真技术对零件加工所需数据进行演算分析，获得可为加工质量提供保证的理论基础，通过对零件精度进行提高的方式，使零件质量达到相关要求。

此外，为保证工艺质量达到预期，有关人员计划以加工方法、工艺方案为落脚点，对相关技术进行全面优化。一方面，出于使孔所呈现出状态始终处于可控范围内的考虑，对零件进行精密加工时，应优先选用光一刀技术，通过对加工质量加以提升的方式，为加工效果提供保证。结合实践所积累经验可知，有关人员应以零件加工情况为依据，对加工机器进行选择，真正做到既提升加工强度，又强化零件所具有稳定性，将零件损坏概率降至最低。另一方面，以设计需求为依据，先粗铣零件端面，再通过加热的方式对其进行整体加工，在此期间以下内容应引起重视：利用轴向压紧替代径向夹紧，确保零件仅承受轴向力，从而有效解决零件加工环节较为常见的夹紧变形问题。待上述加工环节告一段落，有关人员应及时对零件进行退热，为后续的精加工提供便利。精加工的重点是提前确定余量，以免由于余量不足，导致加工作业难以有序开展或内圆设计形态无法被修正[3]。

3  数控车床加工精密薄壁零件的工艺实践

3.1 零件结构分析

回转体零件所使用材料是45#钢，零件毛坯尺寸是Ф54mm×120mm，要求有关人员以设计图纸标明尺寸及要求为依据，利用数控车床对零件进行精密加工。该零件右端的特点如下：端面平齐，外轮廓有单线外螺纹一个，退刀槽一个，凹圆弧面一个，圆弧倒角两个。左端特点同样为端面平齐，外轮廓共有三个平底槽，各平底槽的深度及宽度相等，内轮廓采用口大内小的设计，有内圆柱螺纹一个、内退刀槽一个及锥面两个。

3.2 装夹方案设计

利用数控车床对回转体零件进行加工，首选装夹方式为三爪装夹，由于零件整体长度较短，通常不需要对其进行顶尖支撑。具体装夹方案如下：第一步，对零件左端进行加工，将毛坯相对平整的部分作为粗基准，通过装夹的方式固定在卡盘上，将零件外伸长度控制在50mm左右，选择45°的外圆车刀作为主要工具，由专业人员利用外圆车刀对端面进行手动加工，随后，利用中心钻在指定位置钻出中心孔，借助Ф20mm规格的钻头对底孔进行加工并进行数控加工。第二步，以左端面为精基准，利用120mm长、0.2mm厚的铜皮将其完全包裹，将加工完毕的外表面夹紧。对于需要大量加工的零件，有关人员可利用软爪对零件右端进行装夹，这样做可省略找正步骤、提升加工速率。待装夹精基准的工作告一段落，便可利用外圆车刀对端面进行加工，在保证端面长度符合要求的基础上，完成数控加工及后续工作[4]。

3.3 加工工艺过程

在加工以套类、盘类及轴类为代表的回转体零件时，优先选择数控车床加工，旨在确保零件形位精度、尺寸精度还有表面粗糙度达到相关要求。对零件进行加工的流程如下：首先，由专业人员分析零件设计图纸，根据图纸所提出要求，分别对基点和节点进行计算，确定装夹作业结束后零件所对应坐标系。其次，对加工方案进行设计，具体内容包括确定装夹方案与加工顺序，科学选择刀具并调整加工余量，视情况选择切削液以及切削用量。再次，对测试程序进行编制，将加工程序输入对应的数控车床。最后，在对零件和刀具进行装夹的基础上，完成零件检测工作。事实证明，只有按部就班的完成上述步骤，才能在保证零件加工质量的基础上，缩短数控车床加工用时并节约能源，使车床磨损率得到控制，刀具寿命及劳动生产率也会得到显著提高。

实际加工中以下内容需要引起重视：一是在选择刀具时，有关人员应以零件特点和需要达到的要求为依据。对本文所讨论回转体零件而言，其右端及左端所使用刀具存在明显差异，右端需要用到35°的外圆车刀、60°的外径螺纹刀以及3mm的外切槽道，左端则需要在上述刀具的基礎上，新增Ф16mm规格的内控车刀。二是对加工余量进行确定的依据通常是加工工序，对长度和外圆轮廓进行粗加工时，加工余量应被控制在0.4mm左右，对长度和外圆轮廓进行半精加工时，余量调整为0.2mm。而对长度及内圆轮廓进行粗加工需要预留的加工余量，通常在0.3mm～0.5mm之间，在进行到半精加工环节时，有关人员可将加工余量更改成0.1mm。三是基于道具和加工材料等因素确定切削液类型，在本项目中，有关人员指出应对油性切削液加以应用，切削用量以加工手册为准。

4  结论

综上，本文以精密薄壁零件的加工作为研究课题，分析了数控车床技术在零件加工中的应用价值。研究表明，将数控车床应用在精密零件的加工中并对具体加工流程进行控制，有利于实现预期目标，确保零件加工符合精细化与可控性原则，得薄壁零件具有良好的加工精度与应用性能。

参考文献：

[1]高显胜，周扬，李泽宇，等.大型非封闭圆薄壁铸铝合金零件车削加工[J].金属加工（冷加工），2020（11）：69-72.

[2]李小曼，李善良，张冶，等.大直径薄壁导管数控弯曲成形技术浅析[J].轻合金加工技术，2019，047（011）：47-51.

[3]王良，周金强，何晓青，等.大直径薄壁框类零件的五轴联动加工工艺优化[J].制造技术与机床，2020（09）：7-11.

[4]黄志伟，李珊.基于变形控制的薄壁板状压铸件加工精度保证[J].特种铸造及有色合金，2020，40（03）：66-68.