薄壁零件数控加工工艺质量改进方法略谈

李雨馨

摘要：随着计算机信息技术和数控加工工艺的快速发展，零件加工技术在效率和质量上得到了的优化，对于薄壁零件的加工工作而言，正确使用数控加工工艺可以明显提高其加工效率与加工表面质量。但是就实际生产情况而言，薄壁零件数控加工工艺受到诸多因素干扰，加工效率、成品品质稳定性差，故有改进薄壁零件加工工艺。本文全方位剖析薄壁零件加工工艺缺陷并提出改进策略，仅供参考。

关键词：薄壁零件;数控加工工艺;改进方法

中图分类号：TG6                                            文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）12-0028-03

0  引言

化工领域技术工艺的快速革新，推动薄壁零件数控加工技术不断发展，生产工艺及设备标准也愈发严格，涉及到薄壁件的需求也日渐增长。由此可知，在整个的加工企业发展的过程中，保证薄壁零件质量的工作至关重要，它不仅可以在很大程度上影响企业发展的效率，更是决定了企业在行业中的竞争优势。伴随着当前相关应用技术的不断进步，薄壁零件的应用领域也不断扩展，不仅在军事领域有着较为广泛的应用，而且也逐渐被用于航空、航天等一些高精尖的领域之中。

高精密数控加工机床相关技术在应用的过程中，不仅融入了当前较为先进的仿真技术，更是可以通过计算机技术进行一系列的复杂操作，这些技术层面的改进，不仅是会将传统的机床加工作业的复杂工具进一步简化，同时提升加工精密度，而且还可以进入计算机技术对相关的加工技术进行提前的预演，能够通过事先的预防性分析和检测工作，进一步降低企业加工成本。所谓的薄壁零件在实际加工过程中，对其厚度有着较高的要求，多数情况下不应超过一毫米，且在加工材料上多为铝件及钢件，因此是在实际使用的过程中，薄壁零件相對传统零部件而言，在重量上较轻，能够在很大程度上降低制作成本，而且其较为紧凑的整体结构也能够满足一些特殊领域的要求，以上多方面的优势，使得薄壁零件在多个领域都实现了教育广泛的应用。但是从另一个方面进行考虑，薄壁零件在实际使用的过程中，也存在着一些局限性和缺陷，如刚性差、强度弱等，这方面的劣势也在很大层面上增加了该零件在加工时的工作难度，在传统工艺条件下其良品率一直处于较低的水平。在这一背景之下，数控加工工艺的出现和使用，使得薄壁零件的加工有了新的转机。

1  薄壁零件数控加工工艺分析

1.1 薄壁零件数控加工工艺

从实际应用的角度进行分析，我们知道薄壁零件所针对的这些场合较为特殊，这也在很大程度上提升了其对加工工艺的要求，这方面的要求尤其表现在精密度上，在实际工艺开展的过程中，相对于传统零件，薄壁零件有着刚性差、易变形等劣势，这就使得其数控加工操作的难度大大提升。

UG等类型CAM编程软件在零件加工中获得广泛应用，但其数控程序代码输出无法完全契合加工参数设定标准及精度要求。故薄壁零件数控加工依旧沿袭既往切削参数并作持续反复地精加工。例如在编者实际加工经验中，某一消费电子产品零件的壁厚仅为0.2mm，通过程序反复的缩短程序中刀具的半径补偿量达到图纸要求。

1.2 薄壁零件数控加工刀具

在实际薄壁零件加工工艺开始的过程中，为了使得其质量和精度能够达到预设要求，在刀具的运行轨迹的设计上，一定要做出严格的控制标准。

根据不同的工艺要求，针对表面轮廓较为突出的一些零件加工工作，在加工刀具的选择上可以选择Φ10毫米立铣刀或Φ8毫米立铣刀;而针对需要钻孔的薄壁零件，在刀具的选择上可以选择Φ10毫米机用铰刀，亦或是Φ16毫米镗刀;对需要加工凹槽的零件，在刀具的选择上可以选择Φ6毫米的立铣刀。

在实际操作中，不应或尽量不选择刀具直径过小的刀具，例如Φ2mm或Φ1mm的立铣刀，由于机加过程中，在待加工的零件表面会产生振动，叠加刀具在高速旋转中产生的径向振动，会使刀具形变过大进而折断，在零件表面形成划痕甚至使零件报废。

另外，在刀具的选择上，应选择线速度大的品牌刀具，这样的刀具在动平衡的控制上更优，在高速旋转中，刀具自身径向跳动更小，金属切削效果更佳，对表面质量的影响更小。

2  薄壁零件数控加工工艺质量的影响因素

2.1 零件装夹

在零件夹装方式的选择上，应严格按照不同材料的自身硬度因素进行灵活性的选择，原因就在于具体的检查方式，可能会对材料的本身性质产生一定的影响，进而影响到其后续加工的精度。因此工作人员在进行实际的薄壁零件数控加工之前，应做好充足的时间准备工作，尤为重要的一点就是应合理分析零件的装夹方式和位置，在此过程中也可以借助人工智能分析系统，对零件的作用方向进行进一步的确定，以此来进一步提升加工件的质量。

在利用数控加工技术进行薄壁零件的加工时，较为常见的一种加工方法为空心浇灌，所选用的辅材以石蜡、松香等为主。完成整体加工后，取出辅材再作精加工处理。也有不进行空心浇灌的方式直接进行加工的零件，主要原因是空心浇灌加工的方式延长了加工的时间，致使加工效率提升不上去，对于消费电子类零件这种批量生产的零件，更多采取直接加工的方式，在夹具的设计上，注重夹具夹紧力的设置，以保证在装夹的过程中及加工的过程中，被加工的零件不会产生过多的形变。

在实际薄壁零件加工工艺开展的过程中，选择使用相应的零件装夹工具，主要目的就是为了能够在整个过程中固定零件，使之不产生不必要的位移，从而确保能够达到计划的精度要求。但是在相应夹具的选择上，往往容易出现工作人员，不能够根据加工制品的材料属性，选择具有针对性的夹具，使之在操作的过程中出现了一些由于零件受力不均所导致的变形情况，大大降低了加工的精度。

2.2 切割角度

薄壁零件加工务须科学选定切割角度，例如在实际加工操作中，尽量由圆弧进刀完成加工工序，切割角度避免对零件加工品质构成影响，且要尽可能地保证切割效率，如切割作业期间未能妥当选定切割角度，往往易造成切割变形、零件摩擦损伤，严重的时候造成零件的报废，甚至影响刀具使用周期。进刀角度直接影响到切削质量，铣削用量对成品品质及切削性能可起到一定保证作用。选择合理的切削深、宽参数，可增进切削效能。以圆柱铣刀为例，刀具长度应超出铣削深度。

2.3 走刀方式

影响加工精度的因素还涉及到走刀方式与路径。立足数控加工实务，微调刀具轨迹与方式，有助于零件加工品质的稳定提升。其中：走刀方式涵盖一次性/阶梯式粗加工法。前者的走刀路径又可分为蛇形走刀与单向往复走刀等方式。后者的走刀轨迹参考沿高线轨迹、加工等量进行设计。走刀方式的调整可以弥补既往刀具轨迹的缺陷，藉由仿真模拟规避既往加工弊端，增进加工效率。实务操作中，刀具沿x/y轴方向呈45°角切除多余金属，兼具延长刀具使用周期和均匀切削余量等作用，保证成品品质且缩短了后续需半精加工或精加工的加工时间。

2.4 工序工艺

数据加工零件的变形规律对加工质量有重要作用，故梳理掌握加工零件变形规律，对于零件加工品质存在直接参考价值。比如，依照变形规律微调修正定位基准，因为定位基准设置不合理会造成后续薄壁加工过程中零件表面质量下降等问题。立足作业需求对零件定位面（元）的接触点予以强化，避免零件加工产生剧烈振动，进而提升加工精度使之臻于更高品质，对数控加工工艺予以完善补充。

3  薄壁零件数控加工工艺质量改进方法

3.1灵活应用仿真技术

薄壁零件数控加工分析适用计算公式：KU=F。式中：K指薄壁零件整体强度短距，F、U分别指加工期间零件负载列阵和变形问题。加工工序中对参数F、K作恰当调整，有助于零件变形问题的解决。据此公式计算以及仿真模拟，可以科学选定零件材质，使加工品质提升获得可靠支持。

3.2 优化零件装夹方式

零件加工品质还受到装夹方式的影响，故工艺预设尤其要注意将零件装夹要求纳入考量范围。其一，结构参数力求兼具紧凑、悬伸短等特性，藉由惯性力和回转力矩等参数的调整，尽可能地提升加工精度。其二，同步操作平衡、配重，避免装夹振动受到平衡、配重等因素的干扰，另外要求对装夹方式和工艺安全性加以调整，促进装夹刚度、强度等技术指标改善，确保零件加工环境更趋完备。同时，妥当设置装夹夹紧力以防止关键工序出现疏漏。

3.3 对零件装夹进行优化

零件装夹优化与多项因素存在直接关联。其一，装夹使用方案优化，方案设计要求获取零件总体强度、变形风险部位、受力方向优化选项等多项技术参数，据此拟订装夹方案，且方案内容应当涵盖装夹角度、位置等要素。其二，零件品质也是影响装夹效率提升的的关键因素。未干扰零件运行的基础上改进提升零件强度、壁厚等参数指标，选用恰当材料以修复填充零件受损空缺部分，临时性调整壁厚指标，完成加工工序后再予去除。而且，对于装夹的卡爪的材料，选择硬塑或者铝制卡爪等材料，有效控制了待加工零件的由于装夹造成的变形量。

3.4 选择合适的切割角度

薄壁零件加工务须选定恰当的切割角度以保证切割质量，切割作业时应注意借鉴零件加工参数以确定切割前/后的角度变化，进而选定合适角度，对于不同的零件选择不同的切割角度，轻微用力，将零件变形风险约束在可控范围以内。例如对于需加工里孔或内部凹槽的零件，尽量选择较小的切割角度，减少刀具在接触零件的瞬间的振动量，对于需加工外轮廓的薄壁件，切割角度尽量选择切向方向或圆弧进刀方式，减少由于数控机床间隙造成的薄壁件加工后的表面的刀纹。另外，还要关注切割主副偏角的恰当设置，如零件强度偏弱，建议切割主偏角沿壁侧90°切割，最大限度地避免零件摩擦损害。

工件变形应当预先纳入加工基础工序设计的考虑范畴。就薄壁零件来讲，“轻、巧、精”是其优化设计的基础原则。刚度低，可能导致加工期间零件变形风险加剧，应酌情调整切削刀具前/后角度，尽可能地避免切削摩擦导致或加剧刀具变形风险。

3.5 优化加工工艺路线

零件数控加工品质控制相当程度上取决于加工工艺路线的选择，由此应立足专业视角加以剖析，由此拟订科学规范的加工工艺流程。涉及到加工工艺流程设计，务须全方位地解析零件变形问题，依托有关技术理论优化可能涉及到变形问题的加工步骤，且依据实验验证优化成效。并分析零件受力情形调整加工方位，使之契合与元件的接触情况，避免零件加工工序期间发生异常振动，由此损害零件加工品质。加工路线设计建议统筹考虑零件强度等参数指标，恰当选定加工工具，据此提升加工效率，且降低废品率。

3.6 优化加工时的进给速度

薄壁零件由于自身壁厚太薄易产生振动等特点，应对伺服轴的进给速度F进行优化。例如在粗加工的过程中，可以适当提高F的数值，进入到半精加工及精加工的过程中，要对进给速度F的数值进行调整，且在转角的位置应利用软件进行数值的优化，不同半径的R角对应不同的进给速度F值，以保证零件在加工的过程中，不会产生积屑等弊端，继而危及加工品质。

3.7 改进传统施工工艺

获益于大数据、云计算、数控编程等新技术应用，薄壁零件加工技术取得快速进步。其一，首先，数控加工涉及到工序、参数的调整分析，统筹考虑作业流程，可优化生成修正后加工方案。着重关注零件变形问题的解决，确保工艺品质获得提升。其二，借鉴其他工艺修正方法，依托云计算、编程应用优势，为加工品质奠定坚实基础。妥当规划生产夹具、刀具工序作业，避免零件加工品质受損。

4  总结

零件装夹、切削角度、走刀方式等诸多参数工序调整，对于薄壁零件数控加工品质都存在有不同程度影响。依托仿真模拟模型对加工工序作调整分析，立足加工需求，优化调整数控加工技术参数。藉由仿真技术修正调整既往加工流程中零件装夹、切削步骤，可大幅削减零件数控生产成本，进而改善提升薄壁零件制造品质。零件加工工艺改进修正是促进薄壁零件生产品质提升的重要途径，由此愈发贴合现代化工业发展要求，适应愈发严格的工业应用标准，提高我国装备制造业水平。

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