探析加強數控車床薄壁零件加工的措施

胡新華

摘要： 薄壁零件作為數控車床中難以加工的零件，加工零件的同時主要解決變形及精度上的問題。在研究中，將薄壁汽缸作為加工對象，分析薄壁零件及影響薄壁零件精度的因素，在把握問題的基礎上，提出加強數控車床薄壁零件加工的措施，為薄壁零件加工提供幫助。

Abstract： Thin wall parts are difficult to process in CNC lathe. While processing parts， it mainly solves the problems of deformation and accuracy. In the research， the thinwalled cylinder is taken as the processing object， the thinwalled parts and the factors affecting the precision of thinwalled parts are analyzed， and on the basis of grasping the problems， the measures to strengthen the processing of thinwalled parts on NC lathe are put forward to provide help for the processing of thin-walled parts.

關鍵詞： 數控車床;薄壁零件;加工措施

Key words： CNC lathe;thin wall parts;processing measures

中圖分類號：TG659 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）01-0105-03

0 ?引言

數控車床是機械加工的設施，在車床加工過程中，對加工產品質量進行嚴格管理，才能保證加工的零件質量，滿足質量要求的產品會進行售賣，進入人們的生活中。在實際加工過程中，涉及一些特殊的薄壁零件，此類零件的加工難度較大，生產出的產品質量不容易控制，出現不合格產品的概率高。在機械加工企業中，薄壁零件加工讓操作員感到困擾，對此，還需掌握薄壁加工中影響加工精度的因素，經過統計處理，解決零件加工變形問題，保證薄壁零件的加工精度。

1 ?薄壁零件簡述

薄壁零件指的是薄形板材及加強筋條形成的輕量化構件，薄壁零件厚度及內徑曲率比值<5%，此類零件使用的材料量小，所生產的產品質量輕。薄壁零件本身結構相對緊湊，硬度及剛度不足，在生產過程中容易發生變形及翹起，對薄壁零件感官產生影響的同時，也會影響薄壁零件的使用效果。薄壁零件在尺寸及造型上特殊，本身屬于特殊材料，經常使用的薄壁加工材料是鈦合金、復合材料，此類材料均針對不同的生產場景，在不同場景中生產相關的產品。自薄壁零件加工及工藝角度進行分析，薄壁零件最終的加工效果反映加工水平，薄壁零件一般應用于高精尖領域，加工水平直接影響后續的組裝產品質量。自車削工藝角度上看，切削量及道具材料、幾何參數均會對薄壁加工質量產生影響。

2 ?薄壁零件加工精度的影響因素

①受力變形：薄壁零件輕薄，在夾裝時受到壓迫性因素影響，發生彈性變形的概率高，容易導致薄壁零件表面形狀及尺寸、位置發生變化，合理選擇夾緊力及支撐力位置，對薄壁零件質量產生影響，對降低附加應力具有重要意義。②受熱變形：薄壁加工的工件應克服材料變形問題，包括彈性變形及塑性變形，此類因素會導致工件發生熱變形，操作人員往往無法控制工件尺寸，導致加工的產品與設計圖紙存在偏差。經大量的研究發現，切削溫度影響薄壁零件形狀，多數加工中以縮減切削熱以免發生受熱變形。通過減小切屑力的方法，避免切削溫度不斷增高，加大道具尖部散熱面積及加注足夠的切削液，可改善切削熱情況。③車削振動變形：機械加工中，會產生徑向切削力，導致薄壁零件發生振動及變形。水平面徑向切削力就縱向走刀向垂直，刀具及工件的抗力作用會導致工件變形，薄壁零件對切削質量要求較高，選擇的切削工具較小，加工時會產生斷裂屑，導致刀尖與工件的切削抗力發生變化，加工產品與刀具振動從而引發變形。

3 ?數控車床薄壁零件加工質量控制措施

3.1 薄壁汽缸零件施工

3.1.1 加工工藝及加工階段

薄壁汽缸零件生產較為復雜，這種零件是基礎性零件，側面結構及構成具有多樣化特點，構成細節尺寸具有顯著的差異。一般情況下，薄壁汽缸零件表面會增加一層稀有金屬，達到保護薄壁的目的，并保持薄壁的美觀性。薄壁零件內部也要加工，從而降低薄壁汽缸零件內部的阻力及磨損率。薄壁零件內孔及臺階面孔表面有公差，公差一般在0.02mm左右。自總體上看薄壁汽缸對加工的要求較高，且此類零件的剛度差，容易發生變形，對最終的加工質量會產生影響。在薄壁零件加工過程中，會使用獨特的夾具及刀具，合理選擇工藝路線，對滿足圖紙要求具有重要意義，具體的質量控制措施如下。

在本文研究中，將薄壁汽缸作為案例（見圖1），薄壁汽缸加工質量要求較高、剛性差，加工余量大，合理劃分施工階段具有重要意義。對圖紙進行分析，在加工過程中，可以分為三個階段。第一個階段是粗加工，對外圓及內孔進行處理，將大部分加工量去除，及時發現上述分析中的變形因素，掌握毛坯材料缺陷，為后續加工奠定堅實的基礎。第二個階段是半加工，針對零件表面進行處理。第三個階段是精加工，此階段的加工是精車外圓，滿足精度要求。

3.1.2 定位選擇

在薄壁汽缸零部件加工中，汽缸內孔及臺階孔對精度的要求較高，包括位置及尺寸，加工過程中通過統一精準定位可滿足標準。結合零件加工工藝，將外圓表面及C端面作為加工定位基準面。將C面作為基準面對提升加工精度具有一定的優勢。在一次夾裝中可以對外圓面及內孔、端面、臺階面等處理，進一步提升零件的生產效率，也能保證各個面對精度要求。在加工中同時展開外圓及內孔加工，保證零件壁厚均勻，縮減誤差率。將C端面作為定位基準面，也能避免設計及加工上的誤差，提升薄壁汽缸的加工質量。

3.1.3 刀具選擇

企業在生產中，數控車床常見的切削刀具是白鋼刀、硬質合金，硬質合金中包括YT類及YG類，YT類刀具常見加工碳素鋼及合金鋼。而YG道具常見加工不銹鋼及鑄件等。針對薄壁汽缸零件的特點及材料要求，加工過程中使用機夾可轉車刀，見表1。

3.1.4 切削量

在切削過程中，對切削加工的速度及深度進行研究，切削量關系到零件加工的精度及表面粗糙情況，應當將刀具的功能充分發揮，保證刀具的切削功能及耐久度。將機床性能發揮，最大程度提升生產率，降低企業生產成本，見表2。

3.1.5 夾具設計

夾具多數在主軸前端安裝，與主軸共同活動，對此，夾具應當在合理定位下，保持可靠的松弛度。在夾具設計中應當保持結構緊湊、懸伸短。家具重心盡可能的靠近主軸，縮減慣性力及回轉力矩。合理控制配重，保持平衡，降低振動率，避免結構變形。夾具裝置安全耐用，在工件最大位置夾緊，夾緊力足夠大的情況下，避免離心力及慣性力影響而發生夾具松動。夾具及機床保持穩定聯結，降低安裝引發加工誤差。為保證薄壁汽缸零件滿足加工要求，加工過程中通過開槽套筒使零件壁厚增加，提升零件剛性，降低振動率，避免內孔加工時，扇形軟三爪的夾緊力不足，導致內孔周圍發生變形。

3.1.6 修改刀具路徑

在實際施工過程中，除上述具體操作外，也要合理對刀具路徑進行調整，從而提升產品質量，在修改刀具路徑過程中，需要嚴格根據規定對線路進行調整，避免發生產品質量改變問題。薄壁汽缸生產中，對產品質量的要求較高，需嚴格控制產品質量，避免人為操作失誤而發生誤差，對產品質量產生過大的影響。自薄壁汽缸產品上看，薄壁汽缸屬于輕工業產品，對參數的要求較高嚴格，避免后期發生變形，在實際生產過程中，應當保證產品質量滿足標準，一旦產品質量不達標，容易發生變形，導致產品報廢。對此，修改刀具路徑是非常有效的方案，在施工中對加工精度進行計算，選擇合適的切削角度，有利于提升產品質量。

3.1.7 調整進給量

在薄壁汽缸加工中，為減少進給量問題，控制工件變形，提出進給量局部調整方法，在剛性變形關鍵區大量進給，帶剛性變形大區域小量進給，確定關鍵區域后通過仿真實驗獲得分布圖。邊界點是道具路徑的關鍵交接位置，根據幾何算法獲得曲線路徑，使用CAM軟件生成道具路線圖，根據工差補齊分線段，將道具放在合適的區域。在薄壁汽缸加重，相關技術人員對工藝進行跟進及解讀，合理解決變形問題，保證薄壁汽缸的加工質量。

3.2 無縫鋼管棒料加工

在無縫鋼管棒料加工過程中，通過自定心三爪卡盤夾緊，完成一次性裝夾加工、在操作過程中，先粗車隨后精車，使用粗車對車內孔進行處理，達到？準33.5mm，外圓？準38.5mm、？準42.5mm，利用精車刀對內孔及外圓進行處理，最后完成切斷，通過一次性夾裝保證同軸垂直度。工藝方案的缺陷是零件壁淡薄，容易發生振動，機床主軸較為松懈，導致機床剛性低，容易發生振動，切斷刀在切斷過程中會產生應力。在第一道工序中，零件是無縫鋼管棒料，通過自定心三爪卡盤固定，完成粗加工，尺寸預留在0.5-0.8mm。通過大面積扇形軟抓夾裝，精加工內孔徑在？準34mm。若采取普通自定心三爪卡盤固定，零件可能發生變形，受力集中在三點的情況下，薄壁強度降低，容易發生變形。夾力較小時，零件在車削時受到力學影響容易導致零件松懈，嚴重時可能發生撞刀。大面積扇形軟爪可縮減變形，主要是軟爪夾裝應當與零件外徑配合?？勺畲蟪潭全@得接觸面積，從而增大夾緊力，使夾緊力均勻分布在零件上，對端面進行固定。在加工過程中，軟爪加工應當完成一次性夾裝，提升零件精度，避免零件在加工時發生變形。

第三道工序則是對外圓進行精加工，外圓？準42mm，保證零件總體長度。椎體軸心在夾裝過程中，包括椎體及墊圈、推薦塊，工作方式是對內孔進行加工，對內六角螺釘進行禁錮，椎體在移動時，夾具會膨脹，從而使內部內孔受力均勻。精加工完成后，將六角螺釘松解，實現椎體向外移動，避免夾具膨脹，最后將零件松開。

在實際施工過程中，使用優質碳素結構進行加工，鋼強度及彈性較好，在施工過程中也要注意，不同截面夾裝可以保證垂直度，在加工過程中保持合適的截面，內孔尺寸應當在0.05-0.08mm，便于零件夾裝。椎體內六角螺釘在配合過程中，椎體大徑在28.4mm，錐度設置為8°。內六角螺釘應當是M10*90，椎體及內六角螺釘配合保持松動狀態，對此，在固定過程中應當把推件塊穩定，在固定過程中，距離椎體2mm。在零件加工后，將內六角螺釘固定，從而將零件松開。

在加工過程中也要注意減少切削變形，從而控制薄壁尺度，對加工精度進行處理，從而提升加工精度，保證整體生產效率。在薄壁零件車削過程中，合理對刀具尺寸進行處理，避免發生熱變形。刀具的幾何角度對切削力也會產生影響。刀具前角設置，在設置過程中，應當關注切削的鋒利度，前角大，則切削力及摩擦力減小，刀具強度縮減，刀具散熱不佳，會導致磨損度增加。車削鋼件過程中，使用硬質合金刀，前角設置為5°-20°時，粗車取小前角，精車取大角。刀具選擇過程中，也要關注摩擦情況，后角大的情況下，摩擦力縮減，后角過大則導致切削強度縮減。在車削加工過程中，使用硬質合金刀具加工，后角取4°-10°，在粗車過程中，取較小前角，精車則獲得較大后角。在加工過程中，影響道具加工的因素較為復雜，包括工件表面及粗糙度，車臂薄件加工中，若徑向切削力小，軸向切削力大，若徑向切削力大，軸向則變小，車削薄壁無外圓時，需主偏角進行調節，達到95%。刀具副偏角對刀具加工摩擦情況產生影響，車薄壁加工過程中，粗車副偏角大，精車副偏角縮小。

4 ?結束語

數控車床在加工零件過程中，企業關注加工質量，企業加工的合格產品數量多，獲得較高的收益，若企業生產的零件精度不足，無法滿足生產需求，企業也會面對巨大的損失。對此，在數控車床薄壁零件加工中，應當具體問題具體分析。薄壁汽缸零件在加工過程中，應當對設計圖紙進行分析，掌握加工的各項數據，對加工材料及切削工藝進行分析，結合過往的研究案例，說明加工過程中面對的常見性問題，對各項問題進行處理，保證加工精度，提升薄壁汽缸的生產率及生產質量。

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