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數(shù)控車床加工精密薄壁零件工藝淺析

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數(shù)控車床加工精密薄壁零件工藝淺析

摘要:本文首先對數(shù)控車床加工的工藝特點(diǎn)進(jìn)行了闡述,其次對數(shù)控車床的加工方法進(jìn)行了說明,提出技術(shù)人員應(yīng)做好零件裝夾工作、優(yōu)化加工流程等與步驟等觀點(diǎn),最后重點(diǎn)研究了與零件數(shù)控車床加工有關(guān)的工藝實(shí)踐,幫助有關(guān)人員了解零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、裝夾方案和加工過程。事實(shí)證明,相關(guān)研究為不僅為薄壁零件的高質(zhì)量加工提供了參考,還有利于提高零件加工質(zhì)量,具有較強(qiáng)的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞:薄壁零件;精密加工;數(shù)控車床

0引言

近幾年,由于精密薄壁零件具有質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)勢,已被廣泛應(yīng)用在汽車、航空與機(jī)械制造領(lǐng)域中,為各行業(yè)發(fā)展提供支持。由于零件本身剛性差、強(qiáng)度不足,對其進(jìn)行加工時(shí)極易出現(xiàn)變形問題,影響零件加工質(zhì)量與精度。為改善上述問題,本文選取薄壁零件作為研究對象,先分析了數(shù)控車床工藝的應(yīng)用價(jià)值,隨后對該工藝技術(shù)的特點(diǎn)、方法與實(shí)踐內(nèi)容進(jìn)行深度剖析,供相關(guān)人員參考。

1數(shù)控車床加工工藝特點(diǎn)

數(shù)控車床加工對象以回轉(zhuǎn)體零件為主,若零件具有以下特征,便可采取數(shù)控加工方案:一是對精度所提出要求較高。二是對表面粗糙度具有嚴(yán)格要求。三是表面形狀相對復(fù)雜。四是有較為特殊的螺紋。另外,該工藝還可被用來對零件進(jìn)行淬硬處理。相較于傳統(tǒng)車床,數(shù)控車床的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面,首先是高難度加工,以內(nèi)成型面零件為例,由于此類零件的特點(diǎn)是肚大口小,僅憑借傳統(tǒng)車床往往無法完成高效加工和檢測的工作,數(shù)控車床強(qiáng)調(diào)利用加工程序?qū)嚨哆\(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行控制,可借助數(shù)控功能對薄壁零件進(jìn)行高難度加工。其次是加工效率極高,為保證加工效率達(dá)到預(yù)期,有關(guān)人員可選擇以數(shù)控車床為載體,通過新增控制軸坐標(biāo)的方式,使一臺(tái)車床具備同時(shí)對多個(gè)零件進(jìn)行加工的功能,另外,這樣設(shè)計(jì)還有助于自動(dòng)化加工目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)[1]。與傳統(tǒng)車床加工相比,利用數(shù)控車床進(jìn)行加工的工序更為復(fù)雜,加工作業(yè)需要滿足的要求也更高,這點(diǎn)需要引起重視。最后是加工精度理想,薄壁零件的尺寸精度往往能夠達(dá)到1mm左右,零件表面的粗糙度以Ra2mm較為常見,回轉(zhuǎn)體等薄壁零件均能夠通過數(shù)控車床完成加工工作。

2數(shù)控車床加工精密薄壁零件的方法

2.1薄壁零件特點(diǎn)

薄壁零件指的是壁厚在1mm以下的金屬零件,其特點(diǎn)可被概括為結(jié)構(gòu)硬度高、整體質(zhì)量輕以及材料消耗較少,現(xiàn)已在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。對薄壁零件進(jìn)行加工時(shí),由于其整體強(qiáng)度偏低,不僅加工難度極大,出現(xiàn)工藝質(zhì)量問題的概率也較常規(guī)零件更高,若不及時(shí)解決上述問題,將給零件功能性造成巨大影響,對數(shù)控車床加以應(yīng)用是大勢所趨。雖然引入數(shù)控加工技術(shù)可使零件精度和質(zhì)量得到改善,考慮到該技術(shù)極易被工藝、機(jī)床還有刀具因素所影響,要想使其優(yōu)勢得到充分發(fā)揮,關(guān)鍵是要對加工技術(shù)進(jìn)行升級,促使加工工藝朝著更加科學(xué)且完善的方向前進(jìn)。

2.2做好零件裝夾

研究表明,數(shù)控加工質(zhì)量將給零件質(zhì)量產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響,在科技發(fā)展速度極快的當(dāng)今社會(huì),數(shù)控技術(shù)已逐漸走向完善,開始有大量企業(yè)選擇利用仿真技術(shù)完成工藝加工。在此過程中零件裝夾問題需要引起重視,這是因?yàn)楸”诹慵庸ぞ人岢鲆髽O為嚴(yán)格,要想使零件質(zhì)量得到保證,關(guān)鍵是要對其剛性進(jìn)行減弱,通過裝夾的方式,達(dá)到提高零件精度的目的。在對零件進(jìn)行裝夾時(shí),有關(guān)人員可酌情做出調(diào)整,以確保裝夾具備良好緊湊性為前提,加大對回轉(zhuǎn)力矩陣加以控制的力度。另外,考慮到裝夾本身極易被主軸所影響,只有以主軸頂端為載體,對重心控制進(jìn)行集成,才可使各項(xiàng)工作按照預(yù)期流程開展。對相關(guān)工作加以落實(shí)時(shí),以下內(nèi)容需要尤為注意:一是以現(xiàn)場情況為依據(jù),對裝夾位置和力度加以確定,嚴(yán)格控制零件形變量,使其精度得到改善。二是對零件材料進(jìn)行科學(xué)選擇,結(jié)合懸梁伸縮系統(tǒng)所表現(xiàn)出特點(diǎn),控制慣性力度,確保零件質(zhì)量與精度達(dá)到預(yù)期水平[2]。三是通過平衡調(diào)整,解決裝夾所存在的振動(dòng)問題,避免零件質(zhì)量受到不必要的影響。

2.3設(shè)計(jì)工藝流程

對工藝流程進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì),既能夠使加工零件的效率得到提高,還可以使零件進(jìn)度有所提升。隨著數(shù)控車床的加入,零件質(zhì)量將上升至全新高度,不僅加工環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤的概率有所降低,加工速度也會(huì)更接近預(yù)期。要想使數(shù)控機(jī)床優(yōu)勢得到更加充分的發(fā)揮,關(guān)鍵是有切實(shí)可行的方案和明確的工藝流程作為基礎(chǔ),確保薄壁零件較易出現(xiàn)的變形問題得到有效解決。在前期準(zhǔn)備階段,由專業(yè)人員整理零件加工所涉及的各方面因素,包括但不限于幾何切割面及受力因素,在保證切割流程有序開展的基礎(chǔ)上,提升方案設(shè)計(jì)具有的合理性。此外,仿真技術(shù)的出現(xiàn)也推動(dòng)了零件加工工藝的發(fā)展,有關(guān)人員可利用仿真技術(shù)對零件加工所需數(shù)據(jù)進(jìn)行演算分析,獲得可為加工質(zhì)量提供保證的理論基礎(chǔ),通過對零件精度進(jìn)行提高的方式,使零件質(zhì)量達(dá)到相關(guān)要求。此外,為保證工藝質(zhì)量達(dá)到預(yù)期,有關(guān)人員計(jì)劃以加工方法、工藝方案為落腳點(diǎn),對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行全面優(yōu)化。一方面,出于使孔所呈現(xiàn)出狀態(tài)始終處于可控范圍內(nèi)的考慮,對零件進(jìn)行精密加工時(shí),應(yīng)優(yōu)先選用光一刀技術(shù),通過對加工質(zhì)量加以提升的方式,為加工效果提供保證。結(jié)合實(shí)踐所積累經(jīng)驗(yàn)可知,有關(guān)人員應(yīng)以零件加工情況為依據(jù),對加工機(jī)器進(jìn)行選擇,真正做到既提升加工強(qiáng)度,又強(qiáng)化零件所具有穩(wěn)定性,將零件損壞概率降至最低。另一方面,以設(shè)計(jì)需求為依據(jù),先粗銑零件端面,再通過加熱的方式對其進(jìn)行整體加工,在此期間以下內(nèi)容應(yīng)引起重視:利用軸向壓緊替代徑向夾緊,確保零件僅承受軸向力,從而有效解決零件加工環(huán)節(jié)較為常見的夾緊變形問題。待上述加工環(huán)節(jié)告一段落,有關(guān)人員應(yīng)及時(shí)對零件進(jìn)行退熱,為后續(xù)的精加工提供便利。精加工的重點(diǎn)是提前確定余量,以免由于余量不足,導(dǎo)致加工作業(yè)難以有序開展或內(nèi)圓設(shè)計(jì)形態(tài)無法被修正[3]。

3數(shù)控車床加工精密薄壁零件的工藝實(shí)踐

3.1零件結(jié)構(gòu)分析

回轉(zhuǎn)體零件所使用材料是45#鋼,零件毛坯尺寸是Ф54mm×120mm,要求有關(guān)人員以設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)明尺寸及要求為依據(jù),利用數(shù)控車床對零件進(jìn)行精密加工。該零件右端的特點(diǎn)如下:端面平齊,外輪廓有單線外螺紋一個(gè),退刀槽一個(gè),凹圓弧面一個(gè),圓弧倒角兩個(gè)。左端特點(diǎn)同樣為端面平齊,外輪廓共有三個(gè)平底槽,各平底槽的深度及寬度相等,內(nèi)輪廓采用口大內(nèi)小的設(shè)計(jì),有內(nèi)圓柱螺紋一個(gè)、內(nèi)退刀槽一個(gè)及錐面兩個(gè)。

3.2裝夾方案設(shè)計(jì)

利用數(shù)控車床對回轉(zhuǎn)體零件進(jìn)行加工,首選裝夾方式為三爪裝夾,由于零件整體長度較短,通常不需要對其進(jìn)行頂尖支撐。具體裝夾方案如下:第一步,對零件左端進(jìn)行加工,將毛坯相對平整的部分作為粗基準(zhǔn),通過裝夾的方式固定在卡盤上,將零件外伸長度控制在50mm左右,選擇45°的外圓車刀作為主要工具,由專業(yè)人員利用外圓車刀對端面進(jìn)行手動(dòng)加工,隨后,利用中心鉆在指定位置鉆出中心孔,借助Ф20mm規(guī)格的鉆頭對底孔進(jìn)行加工并進(jìn)行數(shù)控加工。第二步,以左端面為精基準(zhǔn),利用120mm長、0.2mm厚的銅皮將其完全包裹,將加工完畢的外表面夾緊。對于需要大量加工的零件,有關(guān)人員可利用軟爪對零件右端進(jìn)行裝夾,這樣做可省略找正步驟、提升加工速率。待裝夾精基準(zhǔn)的工作告一段落,便可利用外圓車刀對端面進(jìn)行加工,在保證端面長度符合要求的基礎(chǔ)上,完成數(shù)控加工及后續(xù)工作[4]。

3.3加工工藝過程

在加工以套類、盤類及軸類為代表的回轉(zhuǎn)體零件時(shí),優(yōu)先選擇數(shù)控車床加工,旨在確保零件形位精度、尺寸精度還有表面粗糙度達(dá)到相關(guān)要求。對零件進(jìn)行加工的流程如下:首先,由專業(yè)人員分析零件設(shè)計(jì)圖紙,根據(jù)圖紙所提出要求,分別對基點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算,確定裝夾作業(yè)結(jié)束后零件所對應(yīng)坐標(biāo)系。其次,對加工方案進(jìn)行設(shè)計(jì),具體內(nèi)容包括確定裝夾方案與加工順序,科學(xué)選擇刀具并調(diào)整加工余量,視情況選擇切削液以及切削用量。再次,對測試程序進(jìn)行編制,將加工程序輸入對應(yīng)的數(shù)控車床。最后,在對零件和刀具進(jìn)行裝夾的基礎(chǔ)上,完成零件檢測工作。事實(shí)證明,只有按部就班的完成上述步驟,才能在保證零件加工質(zhì)量的基礎(chǔ)上,縮短數(shù)控車床加工用時(shí)并節(jié)約能源,使車床磨損率得到控制,刀具壽命及勞動(dòng)生產(chǎn)率也會(huì)得到顯著提高。實(shí)際加工中以下內(nèi)容需要引起重視:一是在選擇刀具時(shí),有關(guān)人員應(yīng)以零件特點(diǎn)和需要達(dá)到的要求為依據(jù)。對本文所討論回轉(zhuǎn)體零件而言,其右端及左端所使用刀具存在明顯差異,右端需要用到35°的外圓車刀、60°的外徑螺紋刀以及3mm的外切槽道,左端則需要在上述刀具的基礎(chǔ)上,新增Ф16mm規(guī)格的內(nèi)控車刀。二是對加工余量進(jìn)行確定的依據(jù)通常是加工工序,對長度和外圓輪廓進(jìn)行粗加工時(shí),加工余量應(yīng)被控制在0.4mm左右,對長度和外圓輪廓進(jìn)行半精加工時(shí),余量調(diào)整為0.2mm。而對長度及內(nèi)圓輪廓進(jìn)行粗加工需要預(yù)留的加工余量,通常在0.3mm~0.5mm之間,在進(jìn)行到半精加工環(huán)節(jié)時(shí),有關(guān)人員可將加工余量更改成0.1mm。三是基于道具和加工材料等因素確定切削液類型,在本項(xiàng)目中,有關(guān)人員指出應(yīng)對油性切削液加以應(yīng)用,切削用量以加工手冊為準(zhǔn)。

4結(jié)論

綜上,本文以精密薄壁零件的加工作為研究課題,分析了數(shù)控車床技術(shù)在零件加工中的應(yīng)用價(jià)值。研究表明,將數(shù)控車床應(yīng)用在精密零件的加工中并對具體加工流程進(jìn)行控制,有利于實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo),確保零件加工符合精細(xì)化與可控性原則,得薄壁零件具有良好的加工精度與應(yīng)用性能。

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作者:關(guān)海英 雷彪 單位:內(nèi)蒙古機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院