數(shù)控加工特形零件的工藝分析與實(shí)例

黃華福

廣東省湛江市技師學(xué)院，廣東 湛江 524037

0 引言

在數(shù)控加工中，從零件的設(shè)計(jì)圖紙到工件成品合格交付，不僅要考慮到數(shù)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(jī)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(shè)計(jì)圖紙和技術(shù)要求進(jìn)行詳細(xì)的工藝分析，以便確定零件的技術(shù)關(guān)鍵和加工難點(diǎn)。擬定加工工藝路線是完成工件數(shù)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(zhǔn)、刀具選擇和切削用量等方面進(jìn)行工藝分析。

1 數(shù)控加工薄壁零件的工藝難點(diǎn)

在機(jī)械加工行業(yè)中，薄壁件的剛性較差成為數(shù)控加工薄壁工件的工藝難點(diǎn)，在車削過程中因振動極易發(fā)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(dāng)，零件的加工質(zhì)量不能達(dá)到要求，甚至導(dǎo)致加工無法進(jìn)行。

數(shù)控加工編程中工藝設(shè)計(jì)的重要內(nèi)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(zhì)量，選擇數(shù)控機(jī)床的刀具必須綜合考慮工件材料、工序內(nèi)容和機(jī)床的加工能力等因素。

2 數(shù)控加工中的關(guān)鍵因素

數(shù)控加工作為當(dāng)前正在普及的先進(jìn)加工方法，被廣泛地用于復(fù)雜零件的精密加工。在數(shù)控加工中，從設(shè)計(jì)圖紙到加工出合格的零件是一個(gè)嚴(yán)格有序的過程，必須對數(shù)控加工過程中一些關(guān)鍵技術(shù)因素進(jìn)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(qiáng)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(shí)用力偏大，就有可能使薄壁零件發(fā)生變形，造成零件的形狀誤差；如果裝夾力不足，在車削時(shí)又容易使零件發(fā)生松動而報(bào)廢。通常所用的數(shù)控機(jī)床，大多都不具備工藝處理能力。在此，對以下三方面的關(guān)鍵因素進(jìn)行分析。

2.1 裝夾方式的選擇

為充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的功效，在數(shù)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?yàn)閿?shù)控加工每次裝夾都必須重新對刀，大大增加輔助時(shí)間，影響加工效率，這是對數(shù)控機(jī)床工時(shí)的“浪費(fèi)”。

2.2 刀具的選擇

一般地，數(shù)控機(jī)床使用的刀具應(yīng)具有高硬度、高強(qiáng)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(wěn)定、安裝調(diào)整方便等特點(diǎn)。對于較簡單的車刀類刀具，刀具材料應(yīng)選用強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性好的硬質(zhì)合金刀具。

2.3 對刀和換刀

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

3 數(shù)控加工薄壁殼體零件的實(shí)例分析

鑄件毛坯經(jīng)數(shù)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(jìn)行零件圖樣和材料性能分析，以解決加工中會產(chǎn)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(xù)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(yán)重以及容易粘刀，致使刀具磨損嚴(yán)重等特點(diǎn)，況且該零件壁薄，裝夾、加工后都容易引起嚴(yán)重的變形。加工如若先裝夾外圓車削內(nèi)孔，行不通，因?yàn)檎{(diào)頭車削外圓的時(shí)候根本就很難裝夾，即使能裝夾，就很容易產(chǎn)生變形的可能，而且該零件要求內(nèi)外圓同軸，同軸度控制在0.04mm范圍內(nèi)。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(nèi)孔Φ17mm（加工前的毛坯尺寸）等大槽徑，如圖3所示。裝夾時(shí)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(diǎn)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?yàn)槭芰Σ痪鶆蚨鴶[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(shí)使工件產(chǎn)生擺動甚至?xí)w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(chǎn)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(dāng)，這樣才能保證加工要求。

圖3 卡盤

在調(diào)頭車大端面和內(nèi)孔時(shí)，為了要保證圖形內(nèi)外的同軸度，要用黃銅（毛坯40mm）一次性裝夾車一個(gè)內(nèi)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(jìn)行加工端面、倒角、內(nèi)孔至圖示尺寸。在夾緊的時(shí)候要注意夾緊力度，如果夾緊力過松就會容易工件的報(bào)廢。例如，當(dāng)夾力不夠，在加工內(nèi)孔時(shí)，使用的是內(nèi)槽刀，接觸面大，在加工中受到一定的阻力后就會產(chǎn)生工件與夾具打滑，摩擦產(chǎn)生一定的熱量后，就容易損壞夾具與零件甚至出現(xiàn)刀角損壞現(xiàn)象。如夾緊力度過大，就會產(chǎn)生夾具與工件嚴(yán)重的變形，所以，在用三爪夾緊的時(shí)候要有一定夾緊力，才能保證加工質(zhì)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(jié)論

數(shù)控加工薄壁零件要考慮機(jī)床及加工工件的實(shí)際情況，根據(jù)加工工件的材料，合理選擇刀具、切削用量等，深入分析數(shù)控加工工藝和編制優(yōu)化的數(shù)控加工程序，才能有效利用數(shù)控機(jī)床提高數(shù)控加工零件的質(zhì)量。

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