什么是薄壁零件？薄壁零件CNC加工工藝中存在的問(wèn)題總結(jié)
薄壁零件就是壁厚在1mm以下的金屬材料的零件。
薄壁零件已日益廣泛地應(yīng)用在各工業(yè)部門，因?yàn)樗哂兄亓枯p，節(jié)約材料，結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)。但薄壁零件的加工是車削中比較棘手的問(wèn)題，原因是薄壁零件剛性差，強(qiáng)度弱，在加工中極容易變形，使零件的形位誤差增大，不易保證零件的加工質(zhì)量。對(duì)于批量大的生產(chǎn)，我們可利用數(shù)控車床高加工精度及高生產(chǎn)效率的特點(diǎn)，并充分地考慮工藝問(wèn)題對(duì)零件加工質(zhì)量的影響，為此對(duì)工件的裝夾、刀具幾何參數(shù)、程序的編制等方面進(jìn)行試驗(yàn)，有效地克服薄壁零件加工過(guò)程中出現(xiàn)的變形，保證了加工精度,為今后更好的加工薄壁零件提供了好的依據(jù)及借鑒。
通常我們?cè)趯?duì)薄壁零件進(jìn)行CNC加工時(shí)，工藝上是否存在的以下問(wèn)題？
(1)加工過(guò)程中存在問(wèn)題
薄壁零件數(shù)控加工過(guò)程要求整個(gè)零件厚度不超過(guò)1mm，薄壁零件雖然整體結(jié)構(gòu)相對(duì)緊密，但剛度差，強(qiáng)度不能滿足實(shí)際生產(chǎn)加工要求，在實(shí)際加工過(guò)程中往往由于材料本身的原因，導(dǎo)致加工效果不符合實(shí)際設(shè)計(jì)要求。因此，應(yīng)通過(guò)改進(jìn)工藝進(jìn)行重新加工，以確保加工效果。
(2)加工方法存在問(wèn)題
在零件夾的過(guò)程中，應(yīng)在保證整個(gè)夾的緊湊性的基礎(chǔ)上，有效地進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和優(yōu)化，并盡可能全面地控制和優(yōu)化管理和旋轉(zhuǎn)矩陣。同時(shí)，由于夾本身受到主軸的影響，只有確保所有的重心控制都集中在主軸的頂部，才能有效地確保各項(xiàng)工作的全面開(kāi)展。對(duì)當(dāng)前零件的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行有效的懸掛深度控制和選擇，以確保整個(gè)長(zhǎng)度滿足當(dāng)前的設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，在生產(chǎn)過(guò)程中，還應(yīng)確保夾的強(qiáng)度和硬度滿足當(dāng)前的實(shí)際需要，以減少夾的損壞，并盡可能確保所有夾的長(zhǎng)期運(yùn)行。然而，在實(shí)際操作中，刀具的控制主要集中在薄壁零件的數(shù)控加工和切割過(guò)程中。許多操作人員沒(méi)有選擇整個(gè)切割角度，最終導(dǎo)致整個(gè)切割角度不符合當(dāng)前的實(shí)際要求，以確保既定的加工需求只需要較小的努力，最終確保零件可以在變化的基礎(chǔ)上得到有效的控制。
下面鑫創(chuàng)盟淺談兩個(gè)薄壁零件CNC加工方法工藝優(yōu)化措施：
(1)優(yōu)化加工工藝
與傳統(tǒng)的加工工藝相比，通過(guò)這種薄壁零件的數(shù)控加工方法，采用的科技設(shè)計(jì)和加工，可以大大降低加工過(guò)程中的數(shù)據(jù)誤差，從而有效地保證當(dāng)前零件產(chǎn)品的實(shí)際質(zhì)量。通過(guò)對(duì)薄壁零件數(shù)控加工相關(guān)技術(shù)流程的綜合分析，現(xiàn)階段采用薄壁零件數(shù)控加工的方法主要是從粗加工逐步向精加工轉(zhuǎn)變。在使用數(shù)控技術(shù)進(jìn)行粗加工的過(guò)程中，往往需要分析當(dāng)前零件的實(shí)際情況，然后制定目標(biāo)的工藝加工方法，不僅可以提高加工質(zhì)量，而且可以減少損失的產(chǎn)生。粗加工完成后，可繼續(xù)使用技術(shù)設(shè)備進(jìn)行半精加工，主要是提出零件表面的相關(guān)材料，有效保證后期加工數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在精加工過(guò)程中，要有效實(shí)施精加工，必須進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析，并通過(guò)精細(xì)的技術(shù)手段進(jìn)行加工管理。例如，可以通過(guò)精細(xì)銑削外圓進(jìn)行加工和優(yōu)化，最終確保零件的整體滿足當(dāng)前的設(shè)計(jì)要求。薄壁零件數(shù)控加工本身的加工要求相對(duì)較高，為了有效改進(jìn)材料的精細(xì)制造，盡可能減少資源消耗，在薄壁零件數(shù)控加工過(guò)程中，首先做好數(shù)控變形控制，盡可能成為當(dāng)前加工方法和加工參數(shù)，有效提出科學(xué)的加工方案，最終確保變形值在可控范圍內(nèi)，如下所示：
(2)改變加工方法
薄壁零件數(shù)控加工的加工方法主要包括工藝設(shè)計(jì)、零件夾刀具控制等三個(gè)方面。在薄壁零件的實(shí)際數(shù)控加工過(guò)程中，應(yīng)有效完成數(shù)控政策的分析過(guò)程，明確硬件在現(xiàn)階段實(shí)際加工過(guò)程中的實(shí)際負(fù)載能力，有效分析負(fù)載列與變形之間的關(guān)系，最終提出有針對(duì)性的工藝設(shè)計(jì)方法。F=KU這是目前主要計(jì)算過(guò)程的公式。F作為薄壁零件的數(shù)控加工零件負(fù)載陣列，KU代表輕度矩陣，作為加工變形的技術(shù)值。通過(guò)對(duì)三者之間的綜合分析，可以觀察到，當(dāng)負(fù)載陣列的值逐漸降低時(shí)，應(yīng)有效調(diào)整輕度矩陣，最終有效保證零件質(zhì)量的全面提高。并加強(qiáng)適當(dāng)?shù)牟牧蠌?qiáng)度，應(yīng)全面調(diào)整和優(yōu)化KU的數(shù)值，最終選擇合適的加工生產(chǎn)方法。
接下來(lái)說(shuō)說(shuō)，薄壁零件數(shù)控加工工藝優(yōu)化效果估計(jì)
1.有效控制零件變形
結(jié)合當(dāng)前的實(shí)際情況，在實(shí)施薄壁零件數(shù)控加工的過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)要求進(jìn)行加工設(shè)計(jì)，如圖1所示。首先，應(yīng)進(jìn)行粗加工，然后通過(guò)半精加工，最終完成精加工。在實(shí)施加工的基礎(chǔ)上，應(yīng)首先進(jìn)行表面控制，并在原有的基礎(chǔ)上盡可能優(yōu)化。但在空白零件的施工過(guò)程中，認(rèn)為內(nèi)部受外部環(huán)境的影響，加上加熱處理，很容易使當(dāng)前零件變形，最終影響薄壁零件數(shù)控加工的實(shí)際尺寸和設(shè)計(jì)質(zhì)量。由于壁厚的程度不斷變化，其剛性結(jié)構(gòu)不能滿足實(shí)際生產(chǎn)需要，因此其自身的指導(dǎo)會(huì)發(fā)生一定的變化。在壁厚的不斷減小中，導(dǎo)致切削振動(dòng)的產(chǎn)生，最終導(dǎo)致實(shí)際產(chǎn)品尺寸不能滿足實(shí)際的設(shè)計(jì)要求，其核心表面也不能得到保證。數(shù)控加工工藝主要依靠實(shí)際設(shè)計(jì)參數(shù)和明確的科學(xué)加工方法，但受外部影響和各種因素的限制，往往直接導(dǎo)致加工難度逐漸增加，產(chǎn)品質(zhì)量不能滿足實(shí)際生產(chǎn)設(shè)計(jì)需求，最終達(dá)到精度和預(yù)期生產(chǎn)精度差距較大，不能承受既定的夾緊力，導(dǎo)致變形現(xiàn)象，導(dǎo)致薄壁零件數(shù)控加工質(zhì)量低。
2.全面優(yōu)化工藝效果
為全面提高工藝質(zhì)量，有必要從工藝改進(jìn)方案和加工方法改進(jìn)兩個(gè)方面進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化，從而全面提高工藝質(zhì)量。
（1）工藝改進(jìn)方案。結(jié)合當(dāng)前的實(shí)際設(shè)計(jì)需要，在完成薄壁零件數(shù)控加工的過(guò)程中，應(yīng)首先對(duì)整個(gè)端面進(jìn)行粗銑，然后通過(guò)加熱處理完成初始加工。采取以下措施：將徑向夾緊力改為軸向壓縮，使零件僅受軸向力而不受徑向力的影響，大大降低了零件的夾緊變形。初始加工完成后，應(yīng)采用退熱的方式進(jìn)行加工，最終完成精加工。在精加工過(guò)程中，應(yīng)提前安排和管理余量，有效避免因余量因素造成的許多施工方法不能按照既定的加工要求實(shí)施，減少因余量少而無(wú)法糾正的內(nèi)圓設(shè)計(jì)形式等相關(guān)問(wèn)題。
（2）改進(jìn)加工方法。為了確?？椎膶?shí)際狀態(tài)能夠在設(shè)計(jì)師的控制范圍內(nèi)，在精加工過(guò)程中，也應(yīng)盡可能利用光刀操作技術(shù)，盡可能提高數(shù)控加工質(zhì)量，確保加工效果。為了改進(jìn)加工方法，要求操作人員在實(shí)際零件加工的基礎(chǔ)上，選擇有針對(duì)性的機(jī)器加工，以確保加工強(qiáng)度，盡可能實(shí)現(xiàn)加工零件的穩(wěn)定性，同時(shí)確?，F(xiàn)階段使用的材料滿足既定的工作要求，減少加工設(shè)備損壞造成的零件損壞。
通過(guò)分析我國(guó)薄壁零件數(shù)控加工的實(shí)際情況，結(jié)合工藝改造的實(shí)際效果，只有通過(guò)優(yōu)化薄壁零件數(shù)控加工，才能有效提高加工質(zhì)量，減少振動(dòng)線、變形等問(wèn)題，有效保證產(chǎn)品尺寸和表面的實(shí)際粗糙度符合當(dāng)前的設(shè)計(jì)管理要求。通過(guò)對(duì)相關(guān)案例結(jié)果的有效分析研究，不僅要結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析優(yōu)化，還要提出不同加工方法造成的不同問(wèn)題，盡可能保證加工質(zhì)量不受生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的限制，最終對(duì)薄壁零件數(shù)控加工質(zhì)量造成損害。因此，只有不斷加強(qiáng)數(shù)控加工模擬分析質(zhì)量，通過(guò)有效的方式改進(jìn)加工方法，才能盡可能提高加工質(zhì)量，確保所有可控的加工質(zhì)量。
薄壁零件的加工問(wèn)題，一直是較難解決的。薄壁件一般采用數(shù)控車削的方式進(jìn)行加工，為此要對(duì)工件的裝夾、刀具幾何參數(shù)、程序的編制等方面進(jìn)行試驗(yàn)，從而有效地克服了薄壁零件加工過(guò)程中出現(xiàn)的變形，保證加工精度。影響薄壁零件加工精度的因素有很多，但歸納直來(lái)主要有以下三個(gè)方面：
(1)受力變形
因工件壁薄，在夾緊力的作用下容易產(chǎn)生變形，從而影響工件的尺寸精度和形狀精度。
(2)受熱變形
因工件較薄，切削熱會(huì)引起工件熱變形，使工件尺寸難于控制。
(3)振動(dòng)變形
在切削力（特別是徑向切削力）的作用下，很容易產(chǎn)生振動(dòng)和變形，影響工件的尺寸精度、形狀、位置精度和表面粗糙度。
夾緊力的影響
既然影響薄壁件加工精的因素找到了，那么我們將如何提高薄壁零件的加工精度呢？接下來(lái)筆者將通過(guò)具體實(shí)例來(lái)介紹提高薄壁件加工精度和效率的措施。
所示的薄壁零件，是我校用數(shù)控車床對(duì)外加工產(chǎn)品中難度較大的零件。采用的設(shè)備是配備了廣州數(shù)控系統(tǒng)GSK980T的數(shù)控車床。為了提高產(chǎn)品的合格率，我們從工件的裝夾、刀具幾何參數(shù)、程序的編制等方面進(jìn)行綜合考慮，實(shí)踐證明，有效提高了零件的精度，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。
示例零件
1. 工件特點(diǎn)分析
從零件圖樣要求及材料來(lái)看，加工此零件的難度主要有兩點(diǎn)：
(1)因?yàn)槭潜”诹慵?，螺紋部分厚度僅有4mm，材料為45號(hào)鋼，而且批量較大，既要考慮如何保證工件在加工時(shí)的定位精度，又要考慮裝夾方便、可靠。通常的車削都是用三爪卡盤夾持外圓或撐內(nèi)孔的裝夾方法來(lái)加工，但此零件較薄，車削受力點(diǎn)與夾緊力作用點(diǎn)相對(duì)較遠(yuǎn)，而且還需車削M24螺紋，受力很大，剛性不足，容易引起晃動(dòng)，因此要充分考慮如何裝夾定位的問(wèn)題。
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