薄壁零件數控加工工藝改進研究

白鈺慧

（甘肅機電職業技術學院機械工程學院，甘肅 天水 741001）

隨著薄壁零件應用范圍的不斷擴大，使得薄壁零件加工時逐漸對數控技術進行了應用，有效提升了薄壁零件的加工速度與質量。但需要注意的是，受到技術、工藝等方面因素的影響，導致薄壁零件經常出現一些問題，對零件的應用造成較大干擾。所以，為了生產出質量更加良好、精確度更高的薄壁零件，應對現有數控加工工藝進行優化。

1 薄壁零件數控加工工藝概述

1.1 工藝介紹

薄壁零件指厚度在1mm以下的金屬零件，重量低，所需材料少，且結構較為堅硬，常用于一些特殊場合，如微波器件、儀表艙體等。然而，薄壁零件也存在一些缺陷，如剛性差，加工制造時很容易出現變形問題等，大大增加了薄壁零件數控加工的難度。薄壁零件數控加工時，雖然對CAM編程技術等進行了應用，在一定程度上提升了薄壁零件加工的精確性，但在代碼輸出方面，則無法滿足薄壁零件的數控加工，使得零件的質量與精確度不符合要求，影響薄壁零件的正常使用。所以，現代薄壁零件數控加工時，采用的仍然是切削參數并作持續反復精加工工藝。如在對壁厚為0.5mm的零件加工時，加工人員根據以往的工作經驗，設定出相應參數，并初步制作出零件，然后根據初步零件的具體情況，不斷地對程序內相關參數進行調節，直到可以制作出符合規定要求的零件。這一工藝操作較為煩瑣，需要反復地調節參數，這大大增加了零件的生產周期。

1.2 加工刀具

零件加工制作時，刀具是其中較重要的組成部分，只有選擇合理的刀具，并設計最佳的參數，才可確保整個加工制造活動順利進行，生產出符合精確性與質量要求的薄壁零件。所以，薄壁零件加工制作時，應針對零件形狀、精確性要求等，選擇合理的加工刀具。其中，若零件表面輪廓凸起，應以立銑刀為主，直徑為10mm或8mm；若零件內部含有孔洞，則以機用鉸刀為主，直徑為10mm，也可采用鏜刀，直徑為6mm；若零件內部存在凹槽，應以立銑刀為主，直徑為6mm。實際制作時，一般不采用2mm以下的刀具，這是因為刀具直徑較小，在對工件材料處理時，很容易產生較大的震動，進而導致刀具這段損壞，并在零件表面產生明顯劃痕，對刀具與零件的使用均具有較大影響。此外，在刀具選擇上，還應注重刀具的線速度，確保線速度達到一定水平，只有這樣，刀具才會具有更加良好的動平衡性能，使其在快速旋轉時，僅會產生很小的跳動，以此提升零件切削質量。

2 薄壁零件數控加工的影響因素

2.1 工件夾裝

工件夾裝時，應針對工件材料特性，選擇最佳的夾裝方式，以保證整個加工制造活動順利進行，并生產出高質量的薄壁零件。現代零件加工領域內存在多種薄壁零件加工技術，空心澆灌法是其中應用較廣泛的一種。該加工工藝中，輔材包括石蠟、松香等，工件整體成形后，將輔材取出，并對工件精加工。該工藝效率較低，使得工件制作需要花費大量時間，因而一些工期較為緊張的工件，或是需要批量制造的工件加工時，通常采用直接加工工藝，這時，則應考慮夾具的夾緊力，針對工件加工要求，設計最佳的夾緊力，保證工件無法移動的同時，又不可因為夾緊力過大而出現劃分或損傷。然而，在實際操作時，經常受到人員等因素的影響，導致夾具的選擇并不合理，參數設定并不科學，使得零件加工過程中，容易出現工件活動或是工件表面出現劃痕的問題，影響零件的精確性與質量，不利于薄壁零件的使用。

2.2 切割角度

機械零件生產制作時，應針對零件形狀規格，結合零件材料特點，設計最佳的切割角度，以使整個切割工序順利進行，保證工件切割質量，提升薄壁零件的精確度，反之，若未能設計出合理的切割角度，一方面，會導致零件精確度較低，壁厚不符合規定要求；另一方面，還可能使零件表面出現一些劃痕，影響零件的后續使用，嚴重情況下，甚至會導致零件出現較大損傷而報廢。所以，在薄壁零件加工制造過程中，一定要對切割角度予以高度重視，以提升零件的切削質量與效率，為薄壁零件后續使用打下良好的基礎。

2.3 走刀形式

選擇合理的刀具，設計最佳的切割角度后，雖然可以提升薄壁零件的加工精確性，但依然會受到走刀形式的影響，導致零件出現一些缺陷，不利于零件的后續使用。薄壁零件加工過程中，通常采用2種走刀形式：（1）一次性粗加工法，根據具體操作原理的不同，又可將其劃分成兩種不同方法，如蛇形走刀法、單向反復走刀法等。（2）階梯式粗加工法，應用該走刀形式時，應針對零件加工需求，選擇合理的移動軌跡，設置最佳的加工量，以保證零件加工質量符合要求。在刀具切割過程中，通過對走刀方式的不斷調節，能夠使整個刀具一直處于最佳位置，及時改善刀具軌跡存在的不足。實際切割時，按照水平軸的45°角為基準面，逐漸將多余材料切掉，不僅會減少對刀具的破壞，而且還可以保證零件加工質量，為薄壁零件更好的使用打下良好的基礎。

2.4 工藝流程

除上述幾個方面外，工藝流程因素也會對薄壁零件數控加工效果產生一定影響。一方面，薄壁零件加工時，若加工人員未能全面了解零件特點，未能設計出最佳的工藝流程，缺乏對零件變形的重視程度，則會導致零件后續加工處理時，出現變形、劃痕等問題影響零件的加工質量，影響零件的后續使用。另一方面，加工人員忽略了刀具、車床等方面的震動情況，未能采用科學、合理的方式對加工震動進行控制，導致整個零件加工中很容易出現較大的震動，輕者會影響零件的精確度，重者會使零件出現損傷，使零件完全報廢。所以，在薄壁零件數控加工時，要注重工藝流程的設計。

3 薄壁零件數控加工工藝的改進方法

3.1 加強仿真技術的應用

科學技術快速發展的今天，使仿真技術更加成熟與完善，并被廣泛應用到各個領域，通過仿真技術的應用，大大提升了相關工作的效率與質量，推動現代社會向著更好的方向發展。所以，在薄壁零件數控加工時，應加強對仿真技術的應用。加工人員根據薄壁零件加工要求，結合材質特點等因素，在CZK等仿真軟件內錄入零件整體強度短距K與負載列陣F，之后由軟件自動計算、分析出零件的變形情況U，公式為U=F/K。這樣通過對K與F的優化與調節，逐漸構建出不同情況下的零件結構仿真圖，通過這些仿真圖的觀察，以確定出最佳的F與K值，為薄壁零件的加工打下良好的基礎，提升零件加工質量與精確度。

3.2 改進工件夾裝方法

薄壁零件加工時，要采用合理的夾裝方法，如磁性吸盤吸附法、內控定位夾具法等，只有這樣，才會提升零件的加工質量。實際加工過程中，應根據零件強度的具體情況，按照下述公式，設計出最佳的夾緊力或支撐力。

其中，af表示進給量；aw表示切削寬度；KFZ表示修正系數；d0表示刀具外徑；ap表示切削深度；z表示刀具齒數。

對于薄壁零件來說，剛度較低，因而對其夾取時，應向其施加一定的支撐力，以提升零件的加工強度，防止夾緊力過大而導致零件出現損傷。而若零件的剛度較大，則應向其施加夾緊力，以將零件有效固定。同時，還應針對零件加工要求，結合零件材質特點，制作適當的輔助夾具。

現代機械制造領域的快速發展，夾裝工具也在更新換代，在條件允許的情況下，最好選擇那些先進的夾裝工具，如電動膨脹套等，利用該工具內部連接到自動化系統，自動調節夾具的力度與角度等，以使夾緊力或支撐力處于合理范圍內，防止應力過大或過小對零件質量與精確度造成影響。

3.3 設置科學的切割角度

由上述分析可知，切割角度與薄壁零件數控加工質量具有緊密聯系，若切割角度設置不合理，將會導致薄壁零件加工質量低，精確度不符合要求，影響零件的后續使用。所以，在薄壁零件數控加工時，要設置科學的切割角度。具體操作時，應針對零件形狀的具體情況，設置出不同的切割角度。如零件內部存在孔洞或凹陷，角度則應較小一些，控制在5°以內，避免刀具與材料接觸時產生較大的震動。若零件需要對表面輪廓進行處理，則應以切向方向或圓弧進刀方式為主，防止零件表面出現各種紋路。此外，在加工時，要設計最佳的主副偏角，其中，主偏角控制在93°～97°，副偏角控制在8～12°，防止零件出現較大的磨損。

3.4 設置最佳的走刀形式

薄壁零件數控加工過程中，要想確保零件質量與精確性符合要求，就要設置最佳的走刀形式，并計算出最佳的切削量，以此為刀具的移動與材料的進給量等提供依據。計算出切削量后，則應以此為基礎，設置合理的主軸轉速、背吃刀量與進給量，以薄壁套為例，不同刀具床中3個參數值，如表1所示。

表1 不同刀具中各項切割參數值

切割形式設計時，應設置最佳的刀具路徑。具體來說，需要注重以下兩項原則。（1）對于粗加工工藝來說，應在常規走到路徑的基礎上，更換成更好的階梯式粗加工法，使得工件切削時，能夠順著水平與豎直方向進行穩步移動，并按照零件形狀與規格，切掉多余材料，以提升零件切割質量。（2）針對刀具運行需求，設定最佳的前、后角，一般控制在15°～20°，防止材料切割時出現變形等問題。

3.5 優化加工工藝流程

加工工藝流程的好壞，直接關系到薄壁零件的加工質量與精確度，只有設計出最佳的加工工藝流程。首先，加強對零件結構的分析，準確了解零件的具體情況，尋找出零件可能出現的變形問題，之后以此為基礎，利用相關技術、理論為依托，設計出相應的加工工藝流程，然后通過試驗分析的方式，驗證該工藝流程的應用效果，發現其中存在的不足與缺陷，并進一步予以優化，以此得到更好的加工工藝流程。與此同時，在薄壁零件加工時，應利用專業的壓力監測儀器，對零件受力情況的監測，不斷調節零件加工方位，以使刀具與零件更好地接觸，防止加工時出現劇烈震動，保證零件質量符合要求。

4 結語

綜上所述，現代機械制造領域逐漸對薄壁零件進行了廣泛應用，確保薄壁零件質量與精確性符合規定要求，可使其在機械設備中發揮出最大的作用，不斷提升機械設備的性能。然而，傳統薄壁零件加工制造時，經常受到工件夾裝、切割角度、走刀形式、工藝流程等因素的影響，導致零件加工精確度不符合要求，影響零件的使用。所以，為了生成精確度更高、質量更好的薄壁零件，要從多個角度出發，逐漸對薄壁零件數控加工工藝予以改進。