加强数控车床薄壁零件加工措施探析

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摘要：薄壁零件作为数控车床中难以加工的零件，加工零件的同时主要解决变形及精度上的问题。在研究中，将薄壁汽缸作为加工对象，分析薄壁零件及影响薄壁零件精度的因素，在把握问题的基础上，提出加强数控车床薄壁零件加工的措施，为薄壁零件加工提供帮助。

关键词：数控车床；薄壁零件；加工措施

0引言

数控车床是机械加工的设施，在车床加工过程中，对加工产品质量进行严格管理，才能保证加工的零件质量，满足质量要求的产品会进行售卖，进入人们的生活中。在实际加工过程中，涉及一些特殊的薄壁零件，此类零件的加工难度较大，生产出的产品质量不容易控制，出现不合格产品的概率高。在机械加工企业中，薄壁零件加工让操作员感到困扰，对此，还需掌握薄壁加工中影响加工精度的因素，经过统计处理，解决零件加工变形问题，保证薄壁零件的加工精度。

1薄壁零件简述

薄壁零件指的是薄形板材及加强筋条形成的轻量化构件，薄壁零件厚度及内径曲率比值<5%，此类零件使用的材料量小，所生产的产品质量轻。薄壁零件本身结构相对紧凑，硬度及刚度不足，在生产过程中容易发生变形及翘起，对薄壁零件感官产生影响的同时，也会影响薄壁零件的使用效果。薄壁零件在尺寸及造型上特殊，本身属于特殊材料，经常使用的薄壁加工材料是钛合金、复合材料，此类材料均针对不同的生产场景，在不同场景中生产相关的产品。自薄壁零件加工及工艺角度进行分析，薄壁零件最终的加工效果反映加工水平，薄壁零件一般应用于高精尖领域，加工水平直接影响后续的组装产品质量。自车削工艺角度上看，切削量及道具材料、几何参数均会对薄壁加工质量产生影响。

2薄壁零件加工精度的影响因素

①受力变形：薄壁零件轻薄，在夹装时受到压迫性因素影响，发生弹性变形的概率高，容易导致薄壁零件表面形状及尺寸、位置发生变化，合理选择夹紧力及支撑力位置，对薄壁零件质量产生影响，对降低附加应力具有重要意义。②受热变形：薄壁加工的工件应克服材料变形问题，包括弹性变形及塑性变形，此类因素会导致工件发生热变形，操作人员往往无法控制工件尺寸，导致加工的产品与设计图纸存在偏差。经大量的研究发现，切削温度影响薄壁零件形状，多数加工中以缩减切削热以免发生受热变形。通过减小切屑力的方法，避免切削温度不断增高，加大道具尖部散热面积及加注足够的切削液，可改善切削热情况。③车削振动变形：机械加工中，会产生径向切削力，导致薄壁零件发生振动及变形。水平面径向切削力就纵向走刀向垂直，刀具及工件的抗力作用会导致工件变形，薄壁零件对切削质量要求较高，选择的切削工具较小，加工时会产生断裂屑，导致刀尖与工件的切削抗力发生变化，加工产品与刀具振动从而引发变形。

3数控车床薄壁零件加工质量控制措施

3.1薄壁汽缸零件施工

3.1.1加工工艺及加工阶段。薄壁汽缸零件生产较为复杂，这种零件是基础性零件，侧面结构及构成具有多样化特点，构成细节尺寸具有显著的差异。一般情况下，薄壁汽缸零件表面会增加一层稀有金属，达到保护薄壁的目的，并保持薄壁的美观性。薄壁零件内部也要加工，从而降低薄壁汽缸零件内部的阻力及磨损率。薄壁零件内孔及台阶面孔表面有公差，公差一般在0.02mm左右。自总体上看薄壁汽缸对加工的要求较高，且此类零件的刚度差，容易发生变形，对最终的加工质量会产生影响。在薄壁零件加工过程中，会使用独特的夹具及刀具，合理选择工艺路线，对满足图纸要求具有重要意义，具体的质量控制措施如下。在本文研究中，将薄壁汽缸作为案例（见图1），薄壁汽缸加工质量要求较高、刚性差，加工余量大，合理划分施工阶段具有重要意义。对图纸进行分析，在加工过程中，可以分为三个阶段。第一个阶段是粗加工，对外圆及内孔进行处理，将大部分加工量去除，及时发现上述分析中的变形因素，掌握毛坯材料缺陷，为后续加工奠定坚实的基础。第二个阶段是半加工，针对零件表面进行处理。第三个阶段是精加工，此阶段的加工是精车外圆，满足精度要求。3.1.2定位选择。在薄壁汽缸零部件加工中，汽缸内孔及台阶孔对精度的要求较高，包括位置及尺寸，加工过程中通过统一精准定位可满足标准。结合零件加工工艺，将外圆表面及C端面作为加工定位基准面。将C面作为基准面对提升加工精度具有一定的优势。在一次夹装中可以对外圆面及内孔、端面、台阶面等处理，进一步提升零件的生产效率，也能保证各个面对精度要求。在加工中同时展开外圆及内孔加工，保证零件壁厚均匀，缩减误差率。将C端面作为定位基准面，也能避免设计及加工上的误差，提升薄壁汽缸的加工质量。3.1.3刀具选择。企业在生产中，数控车床常见的切削刀具是白钢刀、硬质合金，硬质合金中包括YT类及YG类，YT类刀具常见加工碳素钢及合金钢。而YG道具常见加工不锈钢及铸件等。针对薄壁汽缸零件的特点及材料要求，加工过程中使用机夹可转车刀，见表1。3.1.4切削量。在切削过程中，对切削加工的速度及深度进行研究，切削量关系到零件加工的精度及表面粗糙情况，应当将刀具的功能充分发挥，保证刀具的切削功能及耐久度。将机床性能发挥，最大程度提升生产率，降低企业生产成本，见表2。3.1.5夹具设计夹具多数在主轴前端安装，与主轴共同活动，对此，夹具应当在合理定位下，保持可靠的松弛度。在夹具设计中应当保持结构紧凑、悬伸短。家具重心尽可能的靠近主轴，缩减惯性力及回转力矩。合理控制配重，保持平衡，降低振动率，避免结构变形。夹具装置安全耐用，在工件最大位置夹紧，夹紧力足够大的情况下，避免离心力及惯性力影响而发生夹具松动。夹具及机床保持稳定联结，降低安装引发加工误差。为保证薄壁汽缸零件满足加工要求，加工过程中通过开槽套筒使零件壁厚增加，提升零件刚性，降低振动率，避免内孔加工时，扇形软三爪的夹紧力不足，导致内孔周围发生变形。3.1.6修改刀具路径。在实际施工过程中，除上述具体操作外，也要合理对刀具路径进行调整，从而提升产品质量，在修改刀具路径过程中，需要严格根据规定对线路进行调整，避免发生产品质量改变问题。薄壁汽缸生产中，对产品质量的要求较高，需严格控制产品质量，避免人为操作失误而发生误差，对产品质量产生过大的影响。自薄壁汽缸产品上看，薄壁汽缸属于轻工业产品，对参数的要求较高严格，避免后期发生变形，在实际生产过程中，应当保证产品质量满足标准，一旦产品质量不达标，容易发生变形，导致产品报废。对此，修改刀具路径是非常有效的方案，在施工中对加工精度进行计算，选择合适的切削角度，有利于提升产品质量。3.1.7调整进给量。在薄壁汽缸加工中，为减少进给量问题，控制工件变形，提出进给量局部调整方法，在刚性变形关键区大量进给，带刚性变形大区域小量进给，确定关键区域后通过仿真实验获得分布图。边界点是道具路径的关键交接位置，根据几何算法获得曲线路径，使用CAM软件生成道具路线图，根据工差补齐分线段，将道具放在合适的区域。在薄壁汽缸加重，相关技术人员对工艺进行跟进及解读，合理解决变形问题，保证薄壁汽缸的加工质量。

3.2无缝钢管棒料加工

在无缝钢管棒料加工过程中，通过自定心三爪卡盘夹紧，完成一次性装夹加工、在操作过程中，先粗车随后精车，使用粗车对车内孔进行处理，达到准33.5mm，外圆准38.5mm、准42.5mm，利用精车刀对内孔及外圆进行处理，最后完成切断，通过一次性夹装保证同轴垂直度。工艺方案的缺陷是零件壁淡薄，容易发生振动，机床主轴较为松懈，导致机床刚性低，容易发生振动，切断刀在切断过程中会产生应力。在第一道工序中，零件是无缝钢管棒料，通过自定心三爪卡盘固定，完成粗加工，尺寸预留在0.5-0.8mm。通过大面积扇形软抓夹装，精加工内孔径在准34mm。若采取普通自定心三爪卡盘固定，零件可能发生变形，受力集中在三点的情况下，薄壁强度降低，容易发生变形。夹力较小时，零件在车削时受到力学影响容易导致零件松懈，严重时可能发生撞刀。大面积扇形软爪可缩减变形，主要是软爪夹装应当与零件外径配合。可最大程度获得接触面积，从而增大夹紧力，使夹紧力均匀分布在零件上，对端面进行固定。在加工过程中，软爪加工应当完成一次性夹装，提升零件精度，避免零件在加工时发生变形。第三道工序则是对外圆进行精加工，外圆准42mm，保证零件总体长度。椎体轴心在夹装过程中，包括椎体及垫圈、推荐块，工作方式是对内孔进行加工，对内六角螺钉进行禁锢，椎体在移动时，夹具会膨胀，从而使内部内孔受力均匀。精加工完成后，将六角螺钉松解，实现椎体向外移动，避免夹具膨胀，最后将零件松开。在实际施工过程中，使用优质碳素结构进行加工，钢强度及弹性较好，在施工过程中也要注意，不同截面夹装可以保证垂直度，在加工过程中保持合适的截面，内孔尺寸应当在0.05-0.08mm，便于零件夹装。椎体内六角螺钉在配合过程中，椎体大径在28.4mm，锥度设置为8°。内六角螺钉应当是M10*90，椎体及内六角螺钉配合保持松动状态，对此，在固定过程中应当把推件块稳定，在固定过程中，距离椎体2mm。在零件加工后，将内六角螺钉固定，从而将零件松开。在加工过程中也要注意减少切削变形，从而控制薄壁尺度，对加工精度进行处理，从而提升加工精度，保证整体生产效率。在薄壁零件车削过程中，合理对刀具尺寸进行处理，避免发生热变形。刀具的几何角度对切削力也会产生影响。刀具前角设置，在设置过程中，应当关注切削的锋利度，前角大，则切削力及摩擦力减小，刀具强度缩减，刀具散热不佳，会导致磨损度增加。车削钢件过程中，使用硬质合金刀，前角设置为5°-20°时，粗车取小前角，精车取大角。刀具选择过程中，也要关注摩擦情况，后角大的情况下，摩擦力缩减，后角过大则导致切削强度缩减。在车削加工过程中，使用硬质合金刀具加工，后角取4°-10°，在粗车过程中，取较小前角，精车则获得较大后角。在加工过程中，影响道具加工的因素较为复杂，包括工件表面及粗糙度，车臂薄件加工中，若径向切削力小，轴向切削力大，若径向切削力大，轴向则变小，车削薄壁无外圆时，需主偏角进行调节，达到95%。刀具副偏角对刀具加工摩擦情况产生影响，车薄壁加工过程中，粗车副偏角大，精车副偏角缩小。

4结束语

数控车床在加工零件过程中，企业关注加工质量，企业加工的合格产品数量多，获得较高的收益，若企业生产的零件精度不足，无法满足生产需求，企业也会面对巨大的损失。对此，在数控车床薄壁零件加工中，应当具体问题具体分析。薄壁汽缸零件在加工过程中，应当对设计图纸进行分析，掌握加工的各项数据，对加工材料及切削工艺进行分析，结合过往的研究案例，说明加工过程中面对的常见性问题，对各项问题进行处理，保证加工精度，提升薄壁汽缸的生产率及生产质量。

作者:胡新华 单位:常州市高级职业技术学校