數控加工特形零件的工藝分析與實例

黃華福

廣東省湛江市技師學院，廣東 湛江 524037

0 引言

在數控加工中，從零件的設計圖紙到工件成品合格交付，不僅要考慮到數控程序的編制，還要考慮到諸如零件加工工藝路線的安排、加工機床及切削刀具的選擇、零件加工中的定位裝夾等一系列因素的影響，在開始編程前，必須對零件設計圖紙和技術要求進行詳細的工藝分析，以便確定零件的技術關鍵和加工難點。擬定加工工藝路線是完成工件數控加工的核心，對于加工難度大的特殊工件，由于影響加工性能的因素非常多，需要制訂出合理的加工方案。本文以裝夾加工易變形的薄壁件為例，在確定加工零件的工藝基準、刀具選擇和切削用量等方面進行工藝分析。

1 數控加工薄壁零件的工藝難點

在機械加工行業中，薄壁件的剛性較差成為數控加工薄壁工件的工藝難點，在車削過程中因振動極易發生變形，使零件的尺寸公差和形位公差難以保證，如果處理不當，零件的加工質量不能達到要求，甚至導致加工無法進行。

數控加工編程中工藝設計的重要內容之一是刀具的選擇，能否合理選擇刀具，將直接影響切削效率與加工質量，選擇數控機床的刀具必須綜合考慮工件材料、工序內容和機床的加工能力等因素。

2 數控加工中的關鍵因素

數控加工作為當前正在普及的先進加工方法，被廣泛地用于復雜零件的精密加工。在數控加工中，從設計圖紙到加工出合格的零件是一個嚴格有序的過程，必須對數控加工過程中一些關鍵技術因素進行分析。例如，薄壁零件的加工是切削中比較棘手的難題，由于薄壁零件因剛性差、強度弱使得薄壁零件的裝夾、切削用量的選擇以及車削中刀具的合理選用等方面都有更高的要求；如果在卡盤上裝夾時用力偏大，就有可能使薄壁零件發生變形，造成零件的形狀誤差；如果裝夾力不足，在車削時又容易使零件發生松動而報廢。通常所用的數控機床，大多都不具備工藝處理能力。在此，對以下三方面的關鍵因素進行分析。

2.1 裝夾方式的選擇

為充分發揮數控機床的功效，在數控加工中，盡量做到工件一次裝夾后，就能加工完全部的待加工面，因為數控加工每次裝夾都必須重新對刀，大大增加輔助時間，影響加工效率，這是對數控機床工時的“浪費”。

2.2 刀具的選擇

一般地，數控機床使用的刀具應具有高硬度、高強度與高耐用度；刀具材料有良好的抗脆性和斷屑性能；精度高、尺寸穩定、安裝調整方便等特點。對于較簡單的車刀類刀具，刀具材料應選用強度高、導熱性好的硬質合金刀具。

2.3 對刀和換刀

普通機床加工零件時，如果刀具與工件的位置不正確，可由操作者隨時加以調整。但數控加工通常是一次裝夾有多把刀具參與加工，需要把各個刀型的參數輸入到電腦中，由電腦通過坐標變換，使每把刀具與工件建立起對應關系。對于普通加工，對刀問題不作為重要因素考慮。但對于數控加工，只要用到程序加工，就必須對刀，否則易發生嚴重后果。普通機床加工的換刀往往是通過操作者的感覺來控制，而數控加工則必須充分考慮換刀位置，以免發生碰撞事故。

3 數控加工薄壁殼體零件的實例分析

鑄件毛坯經數控車加工成薄壁殼體零件如圖1、圖2所示。

3.1 工藝分析

圖1 鑄件毛坯

圖2 零件

首先進行零件圖樣和材料性能分析，以解決加工中會產生的問題。本文所論述工件加工精度要求較高，而且沒法一次工裝完成所有加工，這樣對第二次工裝的裝夾精度極為重要，材料是不銹鋼（型號316），這對于不銹鋼薄壁殼體，斷續切削零件的加工要求是比較高的。針對不銹鋼材料韌性高在切削加工中切削力大、塑性高、切削溫度高、加工硬化嚴重以及容易粘刀，致使刀具磨損嚴重等特點，況且該零件壁薄，裝夾、加工后都容易引起嚴重的變形。加工如若先裝夾外圓車削內孔，行不通，因為調頭車削外圓的時候根本就很難裝夾，即使能裝夾，就很容易產生變形的可能，而且該零件要求內外圓同軸，同軸度控制在0.04mm范圍內。因此，采取的工藝方法是:車左端面端用Φ80的小卡盤，用外圓刀把收緊后的外卡爪車成比毛坯孔徑稍大，然后再用一把切槽刀(刀寬為5.2mm)緊靠卡爪臺階在徑向切一條與毛坯內孔Φ17mm（加工前的毛坯尺寸）等大槽徑，如圖3所示。裝夾時撐住Φ17mm處，使工件Φ17mm處與槽很好的吻合，形成一種三面的接觸，防止一種三點式接觸裝夾而把工件撐變形，還可以防止工件在車削過程中因為受力不均勻而擺動（箭頭方向控制了擺動）。在裝夾過程中必須考慮撐緊力度，如果撐緊力不夠，在加工過程中工件受到車刀阻力時使工件產生擺動甚至會飛出把車刀打壞，如裝夾（撐緊）工件的力度過大，在加工過程中就容易產生變形，所以裝夾撐緊力度與工件加工材料的性能必須恰當，這樣才能保證加工要求。

圖3 卡盤

在調頭車大端面和內孔時，為了要保證圖形內外的同軸度，要用黃銅（毛坯40mm）一次性裝夾車一個內孔約等于Φ32.1mm，深度34mm，長度38mm的夾具，中間用鋸片鋸一邊開口，用Φ40mm的臺階作為定位，用三爪卡盤夾住夾具，夾住Φ32±0.02mm外徑處進行加工端面、倒角、內孔至圖示尺寸。在夾緊的時候要注意夾緊力度，如果夾緊力過松就會容易工件的報廢。例如，當夾力不夠，在加工內孔時，使用的是內槽刀，接觸面大，在加工中受到一定的阻力后就會產生工件與夾具打滑，摩擦產生一定的熱量后，就容易損壞夾具與零件甚至出現刀角損壞現象。如夾緊力度過大，就會產生夾具與工件嚴重的變形，所以，在用三爪夾緊的時候要有一定夾緊力，才能保證加工質量和加工效率。

3.2 加工工序及刀具選擇

加工工序及刀具選擇見表1與表2所列各工序切削用量及所選刀具。

表1 第一次工裝加工工序及刀具選擇

表2 第二次工裝加工工序及刀具選擇

3.3 編制加工程序

（程序略）

4 結論

數控加工薄壁零件要考慮機床及加工工件的實際情況，根據加工工件的材料，合理選擇刀具、切削用量等，深入分析數控加工工藝和編制優化的數控加工程序，才能有效利用數控機床提高數控加工零件的質量。

[1]程淑重.數控加工工藝[M].杭州:浙江大學出版社，2003.

[2]王維.數控加工工藝及編程[M].北京:機械工業出版社，2001.

[3]嚴愛珍.李宏勝.機床數控原理與系統[M].北京:機械工業出版社，2003.