机械加工中数控车加工薄壁组合零件工艺探讨

储胜国

摘要：伴随时代的快速发展，数控车在工厂加工中的应用愈渐广泛，因此而产生了许多生产提速以及产量的增加。如今，我国开始尝试采用自主研制的数控车开展生产，但是在生产期间将会产生不同类型的问题，特别是在加工薄壁组合零件工艺期间，容易产生不同类型的形变问题。文章简要分析了薄壁组合零件加工的重点与难点，同时分析数控加工中必须注意的内容，同时从工艺以及加工两个方面论述薄壁零件的加工具体流程。

关键词：机械加工;数控车;薄壁组合零件

中图分类号：TG6                                       文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）12-0115-02

0  引言

数控加工属于十分复杂的流程，所有步骤都必须予以严格的关注以及重视，从工艺图纸的绘制，直至成品最终能够达标交付，必须考虑数据程序的编写，并综合考量其余方面因素的干预，包括零件加工工艺线路的设计、加工机床以及切削刀具的选用，零件加工期间定位装夹等众多因素。为了令数控机床可以依照预定的设计完成成品的达标生产，加工人员在编写程序之前，必须针对零件设计合理的图纸并开展更为细致的工艺分析，可以更为方便地确认零件加工的技术要点以及难点。应选择何种工艺解决加工期间的形变问题，也成为许多学者关注的重点。

1  薄壁组合零件加工的特点

薄壁组合零件在加工期间，最为困难的环节是因为薄壁组合零件的特点所引发的。通常情况下，薄壁组合缺乏刚性，导致在车削期间产生由于振动所引发的变形，如此一来，所生产的零件规格以及形状都会产生一定程度形变，进而导致零部件难以满足要求。如果不能予以合理处理，零件就无法达标，甚至会导致加工中断。另外，加工期间，将会形成一定程度的热量，薄壁零件在高温状态下的完好性也并不理想，可能引发其产生变形等。

2  数控加工期间的注意事项

2.1 图纸设计方面

如今，数控加工技术在复杂零件加工中的应用愈渐广泛，对零件图的绘制要求更为严格。图纸可以更为直观地展现零件成品的各部分要求，而一份完善的图纸可以帮助加工现场技术人员在正式加工之前精确了解所有环节的具体工作，进而开展对应的研究与分析，针对存在的误差予以相应的补偿与矫正，以免在制造期间需要重复加工，进而引发不必要的经济损失。另外，步骤设计方面，还需要更为周密细致，所有流程的设计必须能够经受现实环境的考验。

2.2 刀具的选用

薄壁加工难以解决的问题便是刀具的选用。如今数控加工中，刀具的科学选用将直接影响切削整体效率以及加工最终质量。关于刀具的科学选择，加工人员必须充分考虑不同方面所产生影响，包括针对加工零件的研究、刀具材质以及当前工作环境。选用更为科学合理的刀具可以显著提高工作效率，同时保证产品质量。不仅如此，科学地选择刀具本身也是对加工人员自身生命安全的负责，以免由于刀具选择不当而造成人员受伤或是引发更为严重的后果。

刀具合理选用至关重要，特别是在实际生产过程中，刀具选择事关加工工作能否顺利开展以及加工人员人身安全。通常情况下，所使用的刀具应具备高强度、高硬度特点，且耐用性表现十分理想。另外，刀具本身应具备优秀的断屑水平以及抗脆性。故而，在选用刀具方面，应对刀具本身特征有更高且更为严格的要求。选用合理的刀具，可以保证数控车床即便在相对恶劣的环境之中，依旧能够正常工作。针对较为简单零件的加工刀具，例如普通外圆车刀，仅需要选用强度较高、导热性能理想的合金刀具便可。

2.3 装夹方法

在提高工作效率的过程中，还需要保证车床的功效能够得到更为充分的发挥。简而言之，就是尽量一次装夹能完成更多的加工内容。可以理解为单次装夹之后，尽量对更多的待加工面开展加工，由于每次装夹都需要重新校对刀具的位置，若是多次重复校对刀具位置，必然会导致时间被大量浪费，降低加工效率，为此，需要尽量降低刀具位置校对次数，以缩减加工零件所需要的时间，尽可能节省成本。

2.4 对刀与刀具更换

加工人员个人操作技能的熟练程度与加工时长呈负相关关系，即加工人员熟练度越高，所需要耗费的时间越少，对刀以及刀具更换如能熟練操作，可以节省大量时间，为零件加工提供了时间的保证。然而，在时间减少的状况下，还需要重视该项操作过程中，刀具和工件所在位置，该位置尽管是固定的，但在实际操作期间，操作者将结合实际情况对刀具位置加以调节，故而，加工人员在实际操作过程中如果发现刀具位置不合理，必须及时加以调节，避免碰撞事故的产生。

3  薄壁零件加工过程中的特点、问题与处理方案

薄壁零件由于具有体积小、结构紧凑以及自重轻等诸多优势，在实际中得到极为广泛的运用。特别是近几年来，伴随人们对商品小规模化以及精密化要求不断提高，薄壁类型零件是目前许多机械产品生产的重要零件。但由于薄壁零件自身壁厚较薄，刚性也不理想，加工过程中有较大概率产生形变问题，对产品的质量以及精确度管控产生较大的影响，甚至限制了产品的设计以及薄壁零件加工技术的发展。故而，薄壁类型零件的加工工艺技术是当前机械加工必须解决以及处理的问题。如果能通过合理的方式有效处理上述问题，便需要充分意识到薄壁零件产生形变的根本原因，并基于原因采取行之有效的解决方案。就目前而言，薄壁零件加工之中相对常见的问题具体如下：

3.1 工件结构与材质的合理选用

形变量以及形状复杂情况和薄壁之间有密切的关系，工件结构的稳定性与刚性和材料之间呈正相关关系。故而，在加工过程中，考虑如何降低上述因素对薄壁零件加工所产生的负面影响，技术人员在设计环节中需要针对零件的受力能力予以充分的考虑，特别是针对薄壁零件结构方面的设计，并管控毛坯质量，确保毛坯不会产生疏松等现象，且硬度也能够满足要求。

3.2 薄壁零件在加工过程中可能因为压力而产生形变

薄壁零件由于压力而产生形变的主要原因是因为壁厚过薄而导致其整个工件的刚性大幅降低，当其遭受外部压力的干扰必定会出现严重的变形，不仅导致工件整个外形产生明显的变化，同时也会令工件体积和预估标准产生偏差，最后造成工件成为废品。如果技术人员在加工工件过程中，因为装夹的夹紧力过大，工件自然会因为受力不均匀而产生明显的改变，甚至能够让圆孔转变为三角形。而经过加工之后，夹具完全松开时，工件本身弹性也相应恢复，外圆开始慢慢恢复至圆形。此时，如果工件产生改变，则不只是内孔外形尺寸不能得到有效的控制，甚至工件整体外形都会产生改变。

3.3 工件热变形

薄壁零件切削加工期间，切削必然会产生极高的温度，因为工件薄壁刚性不足，处于高温状态下，可能会导致零件的规格难以管控，而对许多膨胀系数较大的金属工件而言，处于高温状态下，不只是形变，甚至会出现工件直接卡死在夹具中的现象。

3.4 工件装夹过程中产生的形变

第一，如果希望薄壁零件经过车床加工之后达到预定的标准，在夹具选用方面必须保证合理性，同时结合夹具自身的特征选用最为合适的夹紧应力。故而，在该类型工件加工期间，夹紧的位置和支撑点必须保持一致，使得夹紧点尽量临近加工表面，借此规避由于受力不均匀而导致工件整体形状产生形变。

第二，加工期间，为了加强对工件形成的形变的控制，一般都需要适当增加工件和夹具之间的接触面积，借此规避夹具在加工过程中对零件产生较大的挤压力，进而导致工件产生形变。例如，对薄壁零件加工期间，可以采用一些本身弹性理想的夹具或压板对工件进行固定，该目标并非是为了拓展接触面的受力面积，用弹性吸收可以规避由于挤压应力过高而造成工件产生形变，该方式因为承担了部分夹紧力，因此能够有效规避零件产生形变现象。而通过轴向的夹紧力以规避装夹变形也是许多加工人员用以避免变形较为常用的方式。

第三，为了保证夹紧力，加工人员还可尝试设计专门的夹具，以避免工件因为刚性不佳、薄壁所引发的工件弯曲形变的问题。

3.5 工件加工期间所产生的形变

因为工件在切削期间会受到切削力的影响，进而形成向受力方向的形变，故而在精加工过程中，必须确保刀具的锋利性，降低工件和刀具摩擦过程中所形成的阻力，降低刀具切削过程中所产生热量。不仅如此，加工期间，工件和刀具之间因为摩擦所形成的热能也会令工件形变，故而应尽可能选用高速切削的加工方式。此外，切削期间，所产生的切屑会在短时间内被清除掉，许多切削热会因切除掉的切屑导热带走，一定程度避免了工件产生热形变的现象。另外，由于切削材料产生软化的面积在高速加工期间将逐渐减少，能够有效避免零件产生形变的问题，确保了零件规格与外形的精确度。

4  减少与避免薄壁工件形变的方式

较为常用的方式有如下几种：

第一，工件加工分为粗加工与精加工两个阶段。因为粗加工所形成的余量较大，且夹紧力较强，形变自然而然增加。精加工过程中，夹紧力自然降低，不会产生显著的形变，同时能够消除粗加工过程中因为切削力过高而产生的形变。故而，将薄壁工件的加工分为粗加工与精加工两个阶段，利用两种加工方式，降低其形变的概率。

第二，科学设定刀具的几何参数。对薄壁工件进行粗加工过程中，对刀柄刚度有较高的要求，刀具的修光刃不可过长，通常情况下控制在0.2mm至0.3mm之间，刀刃必须保证锋利。

第三，运用轴向夹紧夹具。尽量选择轴向夹紧夹具对薄壁工件进行装夹，工件通过轴向夹紧夹具完成夹紧，因为夹紧力F沿着工件呈轴向的分布，而工件本身轴向刚度较大，难以出现夹紧形变的问题。

第四，扩大装夹接触面积。加工人员可以适当运用一些专用设计的软卡爪或开缝套筒以增加装夹的接触面积，使得夹紧力能够更为均匀地分布在工件之上，确保工件在夹紧状态下不会产生形变。

5  結束语

如今，薄壁组合零件在各行各业的广泛应用，而对加工人员的技术水平有了更高的要求，必须通过合理的方式避免工件在加工过程中产生形变，以满足工件加工的实际需要。为此，作为车床加工人员，应明确车床加工薄壁零件期间存在的问题，并及时通过运用轴向夹紧夹具以及扩大装夹接触面积等具体方法予以解决，提高薄壁组合零件的加工质量。

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