薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量改進(jìn)策略研究

摘 要：在薄壁零件的數(shù)控加工過程中，其工藝質(zhì)量會受到裝夾、切削參數(shù)、走刀的方式與路徑、工序工藝路線等多重因素的影響。在薄壁零件數(shù)控加工工藝的改進(jìn)中，要深入了解影響數(shù)控加工精度和質(zhì)量的因素以及計算機(jī)仿真模擬的優(yōu)勢，將兩者有機(jī)結(jié)合起來，對仿真數(shù)控工藝質(zhì)量、裝夾方式以及走刀路徑進(jìn)行改進(jìn)，才能有效控制其中的影響因素，大幅提高薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量，從而推動數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：薄壁零件；數(shù)控加工；裝夾方式；刀具路徑

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.041

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種制造工藝也不斷地得到了改進(jìn)，尤其是數(shù)控加工技術(shù)越來與成熟，已然成為現(xiàn)在的加工制造業(yè)中不可缺少的基礎(chǔ)力量，對于我國的制造綜合實力有著舉足輕重的作用。我國的軍事和航空航天事業(yè)快速發(fā)展，對于薄壁零件的需求非常高，此時數(shù)控加工技術(shù)就發(fā)揮重要作用，尤其是運用先進(jìn)的計算機(jī)模擬仿真技術(shù)之后，薄壁零件數(shù)控加工工藝發(fā)生了重大的改變，零件的精度和質(zhì)量都得到了很大的提升，但是依舊難以滿足現(xiàn)在的發(fā)展需求，本文就如何改進(jìn)薄壁零件的數(shù)控加工質(zhì)量進(jìn)行研究。

1 影響薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量的因素

現(xiàn)在的大型儀器都需要高精度的零件配置，尤其是現(xiàn)代化的高精尖產(chǎn)業(yè)，都在追求生產(chǎn)加工高精度的零件，但是由于技術(shù)和設(shè)備的原因，想要保證和提升精度是非常難的，尤其是在薄壁零件的生產(chǎn)加工中就更加困難，由于薄壁零件自身的質(zhì)量輕，剛性小，非常容易變形，這就給薄壁零件加工技術(shù)提出了高要求。

1.1 零件精度受裝夾的影響

零件精度受到零件本身的剛度影響最大，在薄壁零件的加工過程中，必須選著合適的夾裝位置，科學(xué)考慮零件的受力情況和應(yīng)力形變，雖然現(xiàn)在有專門的夾具來減小由于夾裝導(dǎo)致的形變，但是還是會有一定的影響。另外為了減少裝夾的影響還可以提升零件材料的剛度，這就需要從材料的選擇和制造著手，成本比較大并且工藝復(fù)雜，所以一般采用加工的時候加裝一些增厚涂層，在加工結(jié)束之后進(jìn)行清除，但是這就會導(dǎo)致精度降低。裝夾工具也是通用與各種加工零件的，沒有針對不同的零件進(jìn)行設(shè)計，尤其是在薄壁零件的加工過程中，一切外型難以匹配，只能勉強(qiáng)進(jìn)行裝夾，在加工的過程中容易滑動，并且造成受力不均發(fā)生形變。

1.2 切削精度受切削參數(shù)的影響

在實際的操作過程中發(fā)現(xiàn)，切削力受到很多因素的影響，在控制其他的幾何參數(shù)不變時，切削角對于零件的形變影響最大。通過多次實驗證明，再適當(dāng)改變切削的前后角度，能有效降低摩擦力和形變量，從而減小零件的尺寸誤差，提高零件的加工精度。在確定機(jī)床和刀具的幾何參數(shù)一定的時候，切割的速度、進(jìn)刀速度以及切割寬度都會對切削的精度產(chǎn)生較大的影響，主要是因為這些切削參數(shù)的改變針對不同的材料有不同的效果，在一定程度上影響摩擦力的大小，導(dǎo)致材料在加工中的形變量難以精確控制在一定范圍內(nèi)，這個也是現(xiàn)在的機(jī)床加工工藝中需要改進(jìn)的地方。

1.3 走刀的方式與路徑

在薄壁零件加工工藝中，走刀方式以及走刀路徑的選擇對于零件的加工精度影響也很大，傳統(tǒng)的走刀方式多是以粗刀一次性加工完成，然后進(jìn)行后期的修正，這樣的走刀方式弊病很多，一方面限制了走刀的路徑選擇，一刀到底的走刀方式缺少變化，無法進(jìn)行結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件加工，并且對于零件的精細(xì)部分也做不到尺寸和外型的準(zhǔn)確。另一方面，傳統(tǒng)的走刀方式也難以滿足零件的精度要求，比較粗糙的走刀方式使得后期的修正工作也比較難以進(jìn)行，不僅費時費力，也難以完成高質(zhì)量的零件加工。在薄壁零件的加工過程中會因為零件的變形沒有及時的改變走刀的路徑，造成零件發(fā)生更嚴(yán)重的形變，這也是因為傳統(tǒng)的走刀方式比較的單一形成的技術(shù)限制，因此我們應(yīng)該在數(shù)控加工技術(shù)的改進(jìn)中設(shè)計更具變化性的走刀方式和路徑選擇，便于在零件發(fā)生形變時及時的進(jìn)行更換調(diào)整，降低零件的形變程度，提高加工質(zhì)量。

1.4 工序工藝路線

零件加工的工藝路線是保證零件精度和質(zhì)量的前提，清楚每種零件材料的性能，研究材料的變形規(guī)律，控制零件的各種變形參數(shù)，根據(jù)實際需求設(shè)計完善可行的工藝路線。但目前的薄壁零件機(jī)床加工工藝流程長期沒有得到更新，沒有采用新的數(shù)控技術(shù)來提高加工的精度和效率，依舊沿用傳統(tǒng)的工藝路線，這樣的傳統(tǒng)工藝是難以滿足現(xiàn)代化的機(jī)械發(fā)展需求的。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對于高精尖的零件需求也越來越大，傳統(tǒng)的加工工藝生產(chǎn)的零件精度比較低，并且質(zhì)量參差不齊，嚴(yán)重阻礙了我國的制造業(yè)的發(fā)展，因此需要加快加工工藝路線的改進(jìn)。

2 數(shù)控加工工藝質(zhì)量改進(jìn)策略

隨著計算機(jī)模擬技術(shù)的快速發(fā)展，也使得數(shù)控加工技術(shù)得到更新進(jìn)步，現(xiàn)在很多生產(chǎn)工藝的改進(jìn)都是首先采用計算機(jī)的模擬仿真確定改進(jìn)工藝流程的可行性和科學(xué)性，能保障加工產(chǎn)品的質(zhì)量，采用嚴(yán)格的設(shè)計工藝流程進(jìn)行實際生產(chǎn)，并在有計算機(jī)數(shù)控技術(shù)的支持下，更加智能化、自動化的生產(chǎn)流水線能生產(chǎn)精度更高，質(zhì)量更加穩(wěn)定的產(chǎn)品，尤其是在薄壁零件的生產(chǎn)加工中表現(xiàn)優(yōu)異，避免零件的形變并且精度也能很好的滿足需求。

2.1 對仿真數(shù)控工藝質(zhì)量改進(jìn)

現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的比較完善的仿真數(shù)控技術(shù)可以用比較通俗的公式KU=F進(jìn)行表達(dá)，其中K、U、F分別代表了工件整體強(qiáng)度矩陣、工件變形情況和工件負(fù)載列陣加工工藝需要控制的三類幾何參數(shù)，可以清楚的看到，我們可以通過科合理的控制著三種參數(shù)就能較好的進(jìn)行零件的參數(shù)控制，并且這種理論聯(lián)系實際，我們在試驗中也已經(jīng)得到了驗證，可以非常有效的控制零件的精度，加工出高質(zhì)量的薄壁零件。在實際的額仿真數(shù)控模擬的時候，我們的試驗情況比較理想化，在實際應(yīng)用過程中會存在一定的偏差，所以需要根據(jù)實際情況對仿真數(shù)控工藝進(jìn)行改進(jìn)，力求仿真模擬的數(shù)據(jù)接近現(xiàn)實，才能將實驗數(shù)據(jù)和結(jié)論更好的應(yīng)用到實踐中，根據(jù)一定的數(shù)控模擬公式有效的對工藝參數(shù)進(jìn)行模擬，極大的提高薄壁零件的數(shù)控加工工藝的精度，保障加工的工藝質(zhì)量。

2.2 對仿真數(shù)控工藝質(zhì)量改進(jìn)

在薄壁零件加工工藝路線的設(shè)計時，制定刀具路徑是重要的一步，首先就應(yīng)該考慮薄壁零件在加工過程中的變形情況，因為薄壁零件的剛度較小，非常容易產(chǎn)生形變，影響零件的精度和質(zhì)量。由于輕量化是薄壁零件發(fā)展的趨勢，因此在加工中要對其進(jìn)行反復(fù)的加緊和切割，考慮到薄壁零件在加工過程中的形變幾率，應(yīng)該隨時準(zhǔn)備進(jìn)行刀具路徑的變更，根據(jù)薄壁零件的加工實時情況進(jìn)行刀具路徑的選擇，力求對零件產(chǎn)生最小的損傷和控制零件的形變量，才能保障薄壁零件的精度和質(zhì)量要求。通過實時的刀具路徑的修改和彌補(bǔ)，能夠減少由于薄壁零件的形變造成路徑偏差。當(dāng)然進(jìn)行刀具路徑的修改，一方面要依靠加工師傅的長期經(jīng)驗以及高超技術(shù)，及時的根據(jù)不同的形變類型和形變程度作出正確的判斷，才能比較精確的把握路徑的變更實際以及變更的路徑，另一方面就要依靠仿真模擬技術(shù)進(jìn)行精確的計算和模擬，確定最為適合的刀具路徑，這個也是數(shù)控機(jī)床智能化的一個表現(xiàn)形式。

2.3 改進(jìn)零件裝夾方式

薄壁零件的裝夾方式也會影響到薄壁零件數(shù)控加工工藝的質(zhì)量，一方面是因為大多數(shù)的薄壁零件自身屬性，剛度比較小，質(zhì)地較軟，在加工的過程中可能因為加持工具的著力點不對，導(dǎo)致零件受力不均發(fā)生應(yīng)力形變，影響到后期的數(shù)控加工質(zhì)量和精度。另一方面，不同的零件采用不同的裝夾方式，零件受到的摩擦力是不同的，對于薄壁零件而言，沒有使得摩擦力均勻分布也會造成薄壁零件發(fā)生局部的形變，增大薄壁零件的變形幾率。因此在對薄壁零件進(jìn)行加持的時候需要進(jìn)行額外的保護(hù)措施，首先可以對薄壁零件提供額外的支持力，增強(qiáng)薄壁零件的抗壓力，幫助零件表面的應(yīng)力分散，減少薄壁零件的形變，這種方式的可行度比較高并且實際效果也很好。其次，可以對裝夾的工具進(jìn)行改良，針對不同的薄壁零件外型進(jìn)行夾裝工具的設(shè)計，讓兩者之間更好的契合，從而減少滑動和震動，有效的減少形變的產(chǎn)生，同時還可以增加一些緩沖材料將裝夾工具進(jìn)行包裹，增強(qiáng)緩沖的效果，這樣的輔助措施在一定程度上還是能起到一定的保護(hù)作用，減少因為裝夾力度和位置的不當(dāng)造成形變的幾率。

3 結(jié)語

隨著計算機(jī)現(xiàn)代化技術(shù)發(fā)展越來越成熟，可以應(yīng)用的領(lǐng)域也越來越多，促進(jìn)了現(xiàn)代加工工藝的進(jìn)步，如此普及的數(shù)控加工技術(shù)當(dāng)然也能借助計算機(jī)來推動自身的發(fā)展，提高數(shù)控加工技術(shù)的精度和加工質(zhì)量。在薄壁零件數(shù)控加工工藝的改進(jìn)中，要深入了解影響數(shù)控加工精度和質(zhì)量的因素以及計算機(jī)仿真模擬的優(yōu)勢，只有將兩者進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，對仿真數(shù)控工藝質(zhì)量、裝夾方式以及走刀路徑進(jìn)行改進(jìn)，才能有效的控制其中的影響因素，有效的提高薄壁零件數(shù)控加工工藝的質(zhì)量，推動數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展。

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作者簡介：羅偉光（1971-），男，廣東龍門人，本科，助理實驗師，研究方向：汽車制造。