張本忠

（韶關(guān)市技師學(xué)院，韶關(guān) 512023）

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薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量的改進(jìn)方法

張本忠

（韶關(guān)市技師學(xué)院，韶關(guān) 512023）

摘 要：當(dāng)前，社會(huì)中計(jì)算機(jī)技術(shù)與仿真技術(shù)越來越廣泛的應(yīng)用，推動(dòng)著薄壁零件數(shù)控加工工藝的發(fā)展，并將這類工藝的相關(guān)技術(shù)研究從傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)性探索轉(zhuǎn)成了科學(xué)性研究。本文首先從零件裝夾、切割角度、走刀方式和路徑、加工路線等方面，分析影響薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量的因素，然后根據(jù)這些因素，提出薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量的改進(jìn)方法。

關(guān)鍵詞：薄壁零件 數(shù)控加工 工藝質(zhì)量 改進(jìn)方法

隨著現(xiàn)代化加工業(yè)的進(jìn)步，薄壁零件數(shù)控加工的有關(guān)技術(shù)也發(fā)展得越來越成熟，轉(zhuǎn)變成了當(dāng)代高科技產(chǎn)業(yè)的標(biāo)志與基礎(chǔ)，也成為我國新型制造技術(shù)的主要構(gòu)成元素。薄壁零件數(shù)控加工技術(shù)使許多數(shù)控機(jī)床都成功完成了薄壁零件的專業(yè)加工，其制造出的零件在軍事、航空航天等多個(gè)領(lǐng)域都得到了妥善運(yùn)用。對于薄壁零件數(shù)控加工技術(shù)而言，計(jì)算機(jī)技術(shù)與仿真技術(shù)起到了不容小覷的主要效用，并利用先進(jìn)系統(tǒng)的專業(yè)分析，改良了加工方案，提升了加工工藝的質(zhì)量。

1 影響薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量的因素分析

一直以來，確保薄壁零件的加工工藝精確度都是現(xiàn)代化新型技術(shù)產(chǎn)業(yè)與新型制造業(yè)所追逐的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也給當(dāng)前的精密制造業(yè)拋出了一道難題。薄壁零件擁有重量較輕的優(yōu)勢，而缺點(diǎn)則是強(qiáng)度較低，構(gòu)造復(fù)雜，在進(jìn)行數(shù)控加工時(shí)容易受到損壞或者變形。所以，薄壁零件數(shù)控加工對當(dāng)代機(jī)械加工業(yè)而言，仍然是一個(gè)難以解決的問題。若是要提高薄壁零件數(shù)控加工的精確程度，就必須針對能夠影響加工工藝精確度的所有因素展開深入到位的分析，并從這些因素中找出最適當(dāng)?shù)墓に嚫牧挤椒ā?/p>

對數(shù)控加工工藝精確度產(chǎn)生影響的因素大體包括機(jī)床精度、機(jī)床強(qiáng)度、工藝路線、工件變形情況、走刀路徑、走刀方式、切割速度、切割深度、裝夾造成的變形、工具損耗和變形等。對于工藝的精確度，實(shí)際也有更加嚴(yán)格的定義，就是加工結(jié)束后，零件的表層情況和預(yù)先設(shè)計(jì)的理線數(shù)據(jù)間所達(dá)到的一致程度。根據(jù)影響工藝精確度的相關(guān)因素可以看出，數(shù)控加工工藝最大的影響因子就是零件發(fā)生變形。所以，如果要提高薄壁零件加工工藝的精確度，就必須把零件的變形問題放在首位，再對其他問題逐個(gè)擊破。而對于零件自身、工藝系統(tǒng)強(qiáng)度以及零件受力變形而導(dǎo)致的所有問題，都必須重點(diǎn)研究以上影響因素，確保零件完成品的現(xiàn)實(shí)尺寸、大小與方位等要素可以與預(yù)制設(shè)計(jì)圖紙中的數(shù)據(jù)大體吻合，而不會(huì)產(chǎn)生太大偏差。

1.1 零件裝夾對加工精度造成的影響

零件自身的強(qiáng)度是對零件工藝精確度產(chǎn)生影響的重點(diǎn)要素。若要對這一情況進(jìn)行改良，可以選用合理的零件裝夾法，利用對裝夾方案的改善，提升數(shù)控操作工藝的精確程度。首先，在對薄壁零件進(jìn)行數(shù)控加工時(shí)，必須先認(rèn)真研究各種零件所處的方位和夾緊的裝置等。對于一些容易造成變形的受力位置和發(fā)生作用的導(dǎo)向，都要展開深入的數(shù)據(jù)解析。對于大多數(shù)夾緊裝置，都可以采用專門的夾具進(jìn)行處理，如輔助軸承、施工環(huán)、脹套等。另外，薄壁環(huán)形的工件通常會(huì)運(yùn)用軸向裝卡替換掉徑向裝卡，并利用這一部分改良優(yōu)化手段針對零部件變形等問題實(shí)施強(qiáng)而有力的處理方法。而要提高加工精度，還有一個(gè)方法就是提高零部件的硬度。針對這一點(diǎn)，最普遍運(yùn)用的手段就是臨時(shí)增加工件的壁厚程度。要做到工件壁厚的增加，首先要運(yùn)用一些特殊材料對數(shù)控零件的空缺處實(shí)施澆灌，如注入石蠟、松香等，然后待整個(gè)數(shù)控加工過程結(jié)束，再將這類澆灌材料清除干凈。

1.2 切割角度對切割質(zhì)量造成的影響

經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)證明，如果機(jī)床結(jié)構(gòu)系統(tǒng)與刀具的幾何數(shù)據(jù)能夠基本確定，則切割的力度重點(diǎn)會(huì)受到切割速度、進(jìn)給速度、背吃刀量與切割寬度等多種因素的影響。在上述因素當(dāng)中，刀具切割的角度對最終的切割質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生最為巨大的影響。如果能夠恰到好處地加大所用刀具的前角度與后角度，則可以在一定程度上減少切割變形或摩擦受損等現(xiàn)象，進(jìn)而有效減弱切割力度，將零件變形情況控制在一定范圍內(nèi)。另外，對于工藝精確程度影響較大的因素還包括加工的主偏角以及副偏角。在加工過程中，其軸向與徑向所受到的切割力度分配需要以主偏角為基礎(chǔ)而確定。對于一些強(qiáng)度較弱的零件而言，主偏角應(yīng)當(dāng)盡量側(cè)向90°的位置，并利用這一方式提升零件數(shù)控加工的工藝強(qiáng)度，從而進(jìn)一步強(qiáng)化工藝的精確程度。

1.3 走刀方式和走刀路徑的因素分析

走刀方式和走刀路徑也會(huì)對零件數(shù)控加工工藝產(chǎn)生比較重大的影響。如果針對這一點(diǎn)進(jìn)行改良，也能夠從一定層面加強(qiáng)工藝的精確度。利用改善走刀方式與走刀路徑的辦法，能夠優(yōu)化零部件的質(zhì)量。在各種各樣的走刀方式中，有兩類較為新型的方式能夠高效率、高速度地完成對零部件的粗放型加工，即一次性粗加工法與階梯式粗加工法。上述兩種方式都是隨著高線的痕跡以及和加工量同等、均勻的走刀路線，對零部件實(shí)施加工。對于傳統(tǒng)的走刀路徑而言，這種新型的走刀路徑在較大程度上突破了原有走刀路徑隨著斜線的角度進(jìn)行加工而產(chǎn)生的局限，這時(shí)刀具是隨著X方向或是Y方向在等高線上進(jìn)行平移運(yùn)動(dòng)，繼而切除掉多余的物質(zhì)。這樣一來，在刀具切割過程中可以將剩余的物質(zhì)切割得更加均勻，有利于保護(hù)刀具，延長刀具的使用期限，同時(shí)還可以提升數(shù)控加工的質(zhì)量。

1.4 合理的加工工藝路線

若要進(jìn)一步提升薄壁零件數(shù)控加工的工藝質(zhì)量，首先需要弄清楚數(shù)控加工零件會(huì)由于何種因素而產(chǎn)生變形，并找到變形的具體規(guī)律，針對這一規(guī)律展開深入探究與分析，確保薄壁零件數(shù)控加工的質(zhì)量。對于大多數(shù)專業(yè)人員，還必須制定出科學(xué)合理的工序、工藝制作路線，且該路線應(yīng)當(dāng)要首先處理好在工序及工藝制作過程中產(chǎn)生的變形問題，并通過研究給出適合的解決方法，從而牢牢把握零件變形的相關(guān)理論和規(guī)律。從全部加工工序的具體流程可以看出，必須按照加工時(shí)零件的受力情形選出合適的方位標(biāo)準(zhǔn)，且要把零件的方位制定與元件的接觸制定等工作緊密聯(lián)系起來，以免在加工時(shí)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。對于薄壁零件加工工序路線的挑選，則應(yīng)當(dāng)選用合適的零件與夾具，科學(xué)分配好加工剩余量。

2 基于影響因素而提出的工藝質(zhì)量改進(jìn)方法

對薄壁零件數(shù)控加工工藝來講，前半部分的工藝設(shè)計(jì)是確定工藝加工品質(zhì)的決定性因素。前期工藝設(shè)計(jì)大多采用高度仿真的專業(yè)技術(shù)，模擬出真實(shí)的加工工藝系統(tǒng)，并聯(lián)系工藝系統(tǒng)的幾何特征與物理特征，找出最適合的優(yōu)化改良方法。數(shù)控加工的基本內(nèi)容包含了幾何仿真與物理仿真兩個(gè)方面。幾何仿真主要是把機(jī)床、刀具、工件等稱作剛性體，并利用刀具的實(shí)際路基觀察并檢測出宏觀理念下的誤差值。物理仿真則是把工件、機(jī)床、刀具等稱之為彈塑性體，制作出工藝模型，用于深入解析微觀理念下的誤差值。

2.1 基于仿真數(shù)控的工藝質(zhì)量改進(jìn)

談到基于仿真數(shù)控的工藝質(zhì)量改進(jìn)，可以采取以下改進(jìn)辦法：首先按照公式KU=F展開詳細(xì)分析。這里，K代表的是工件中整體強(qiáng)度矩陣，F(xiàn)代表的則是工件上的負(fù)載列陣，U代表工件變形情況。從這一公式可看出，若零件總體剛度處在一定環(huán)境下，則工件中的負(fù)載列陣F和工件的變形情況U之間存在反比關(guān)系。因此，只要提高K的值或是降低F的值，都能夠使L的變形情況減少。例如，在工件原有硬度的條件下對工件強(qiáng)度實(shí)施彌補(bǔ)，并利用填充零部件的辦法加強(qiáng)其強(qiáng)度，等零件加工完畢后再去除填充的物質(zhì)，也可以達(dá)到預(yù)期目的。以上措施都是在仔細(xì)研究會(huì)導(dǎo)致薄壁零件變形的各種因素后總結(jié)得到的有效方法，也是理論與實(shí)際相聯(lián)系，把操作理論運(yùn)用到具體加工實(shí)踐中的體現(xiàn)。因此，上述方法都能夠在一定程度上提升薄壁零件數(shù)控加工工藝的精確度，并為加工工藝的質(zhì)量提供高度保障。

2.2 提高操作的主動(dòng)性，全面推廣刀具路徑改良法

在制定并形成刀具路徑時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)考慮到工件變形的相關(guān)情況。工件變形會(huì)對薄壁零件加工工藝的質(zhì)量產(chǎn)生比較重大的影響，也是應(yīng)當(dāng)列入考慮范疇的主要因素。對大多數(shù)薄壁零件來說，其特征是具有重量較輕的優(yōu)勢。因此，薄壁零件將來的發(fā)展也具有輕量化的趨勢。而重量較輕，也會(huì)造成強(qiáng)度不足的問題。因此，強(qiáng)度會(huì)成為薄壁零件數(shù)控加工工藝的發(fā)展阻礙。由于薄壁零件具有強(qiáng)度低的弱點(diǎn)，在進(jìn)行數(shù)控加工時(shí)又需要對其進(jìn)行反復(fù)夾緊與切割，因此很容易造成薄壁零件發(fā)生變形等情況。對于這一點(diǎn)，在薄壁零件加工過程中要著重考慮工件加工產(chǎn)生變形的幾率，還有薄壁零件變形可能會(huì)引發(fā)的零件反彈等現(xiàn)象。這一系列問題要求操作人員在數(shù)控加工時(shí)要全面考慮刀具路徑，并對其實(shí)施適當(dāng)?shù)男扪a(bǔ)和改善，仔細(xì)觀察工件在加工時(shí)遇到的種種狀況，隨時(shí)做好修改調(diào)整刀具路徑的準(zhǔn)備，確保刀具自始至終在精確的運(yùn)行軌道中工作，以免因?yàn)榈毒呗窂匠霈F(xiàn)誤差而造成加工失誤等情況。此外，通過對刀具路徑的修改和彌補(bǔ)，也能夠減少零件變形反彈而產(chǎn)生的差值。當(dāng)工件夾緊或進(jìn)行切割時(shí)，其切割速度與切割角度都會(huì)影響薄壁零件的數(shù)控加工狀態(tài)。從切割角度看，需要根據(jù)科學(xué)合理的方法展開運(yùn)算，并對其實(shí)行輔助操作。有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，如果適度增大刀具的前后角，則可有效調(diào)控其切割速度與刀具的摩擦程度，從而抑制因切割造成的零件變形等現(xiàn)象。

2.3 優(yōu)化零件裝夾方式與具體裝夾方案

零件的裝夾方式和裝夾方案也會(huì)對薄壁零件的數(shù)控加工產(chǎn)生一定影響。對一些強(qiáng)度較弱的薄壁零件加工工藝而言，如果在加工過程里受到的夾緊力度過高，就很容易出現(xiàn)變形等情況，并損壞零件的精準(zhǔn)度，拉低零件的質(zhì)量。在進(jìn)行工件加工時(shí)，還有一種力度叫做支撐力。這種力和夾緊力之間屬于相對應(yīng)的關(guān)系。支撐力與夾緊力所偏向的加工方位有所不同。這是由于薄壁零件自身具有的強(qiáng)度不足。因此，需要施加額外的支撐力，確保零件的強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。支撐力的作用就是提高零件的強(qiáng)度與抗壓力，且支撐力應(yīng)當(dāng)施加于薄壁零件強(qiáng)度較弱的部位。對應(yīng)地講，夾緊力要能夠減少工件的強(qiáng)度，把夾緊力施加在薄壁零件強(qiáng)度較大的部位。這樣一來，夾緊力和支撐力就能夠科學(xué)、均勻地分布于薄壁零件的表層，既能滿足科學(xué)調(diào)控的需求，又減少了薄壁零件產(chǎn)生變形的幾率。這一方案具有較高的可行度，對薄壁零件變形問題的抑制，可以起到良好的效果。除此之外，裝夾部位與裝夾工具也要進(jìn)行深入改良。在裝夾夾緊前，要仔細(xì)解析夾緊部位的相關(guān)數(shù)據(jù)，對工件受力展開專業(yè)探究，可利用更新型的裝置，如脹套、輔助支撐、施工環(huán)等，采取一定的加工輔助手段，以便減少因裝置和夾緊失誤而引起的變形問題。不論是夾緊裝置還是提升零件強(qiáng)度，都需要采取專業(yè)的預(yù)防措施，做到雙管齊下。

3 結(jié)束語

現(xiàn)代化加工工藝的進(jìn)步十分迅速，薄壁零件數(shù)控加工的相關(guān)技術(shù)也在某種程度上有了一定提升，并廣泛運(yùn)用于各大加工業(yè)中。目前，人們對薄壁零件數(shù)控加工工藝的要求越來越高，薄壁零件也必須要具備比以前更好的質(zhì)量，以便滿足現(xiàn)代加工業(yè)的需求。對于薄壁零件數(shù)控加工工藝而言，其零件裝夾、切割角度、走刀方式和路徑、加工路線等，都會(huì)成為影響工藝質(zhì)量的因素。所以，必須掌握薄壁零件加工工藝質(zhì)量改進(jìn)方法，推動(dòng)加工業(yè)繼續(xù)發(fā)展。

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Method of Improving Quality of Thin-walled Parts CNC Machining Process.

ZHANG Benzhong
（Shaoguan technician college， Shaoguan 512023）

Abstract:The current social computer technology and simulation technology has been more and more widely used， thus promoting the development of thin-walled parts CNC machining process and the correlative technology of this kind of process from the traditional empirical exploration turned into scientific research. Firstly from the parts installed clamping， cutting angle， take the knife way， processing line， etc.， based on the analysis of factors affecting the quality of thin wall parts of NC m achining process，and then put forward the improved method of thin-walled parts CNC machining process quality according to these factors.

Key words:quality technology of thin-walled parts， CNC machining， and improved method