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數控加工薄壁零件加工方法

所屬欄目:機械論文 發布日期:2020-09-28 10:16 熱度:

   在數控加工技術取得快速發展的背景下,薄壁零件加工需要達到更高水平,滿足零件高精密加工要求。但從實際加工情況來看,薄壁零件加工將受到裝夾、走刀等各種因素的影響,還要結合零件具體加工特點與要求提出科學的加工工藝,以便使零件加工質量得到保證。因此,還應加強薄壁零件數控加工方法及工藝改進研究,從而通過優化工藝嚴控加工精度。

數控加工薄壁零件加工方法

  1數控加工薄壁零件的加工方法分析

  1.1加工流程

  薄壁零件壁厚不超1mm,整體結構緊湊,帶有剛性差、強度弱的特點,加工過程中容易發生變形,需要通過改進工藝保證加工質量。相較于傳統加工工藝,采用數控技術進行薄壁零件加工,通過科學設計加工流程能夠使加工誤差出現的可能性得到有效降低,從而使零件生產質量得到保證。從數控加工流程上來看,可以劃分為粗加工、半精加工、精加工三個階段。對零件進行粗加工,需要結合零件類型、特點進行工藝選擇,如加工薄壁套通常采用粗銑外圓等工藝方法[1]。在完成零件初步加工后,可以進行半精加工,處理薄壁零件次要表面,使其精度達到加工要求。對多余部分進行去除,能夠使薄壁零件加工質量得到提升。在精加工階段,需要實施細加工,如采用精銑外圓等方法確保加工精度能夠完全達到設計要求。薄壁零件通常擁有復雜結構,在數控加工中將面臨變形控制的難題。因此,在數控編程前,需要通過建模對加工路徑、參數等進行分析預測,提出科學加工方案,使變形量得到有效控制。

  1.2加工方法

  1.2.1工藝設計實際在對薄壁零件進行數控加工時,需要完成數控仿真分析,對零件在加工過程中承受的負載陣列和變形關系進行確認,為工藝方法設計提供指導。按照F=KU這一公式,能夠對工藝展開分析。其中,F為薄壁零件承受負載陣列,K和U分別為輕度矩陣和加工變形情況。對F值進行降低,對K值進行提高,能夠起到提高零件質量的作用。而合理選擇材料使零件強度得到增強,能夠對K和F數值進行調整,達到采取適合工藝方法的目標。通過仿真分析,可以找出所有造成零件變形的原因,結合受力情況提出改進加工方案,使零件加工質量得到保證。結合數控加工實踐可知,零件變形和表面加工精度主要受切削力影響。在以銑刀做主運動的過程中,一般保持高速旋轉,使零件做進給運動[2]。伴隨著零件供給和刀具旋轉運動,二者間的切削位置將時刻改變,導致零件承受不同切削力。對加工過程進行仿真分析,采取科學加工方法,才能使多余材料得到切削的同時,有效控制加工質量。利用有限元模型進行銑削力加載,并對刀具幾何參數、切削量等不同工藝條件進行設定,然后對不同參數條件零件變形情況進行觀測,能夠對切削力大小做出精準判斷。從控制零件變形度的角度出發,對各種工藝參數條件進行調整,最終能夠提出科學工藝方法,使零件加工質量得到保證。1.2.2零件裝夾對零件進行加工,需要保證裝夾緊湊、懸深較短,以便使慣性力和回轉力矩得到有效控制[3]。因為裝夾將隨著主軸旋轉,加強重心控制使其緊貼主軸頂端,才能使慣性力得到有效控制,避免回轉力矩過大,使加工精確度得到提升。根據零件情況進行懸深長度選擇,應確保伸長度能夠達到加工要求。確保裝夾強度、剛度達到要求,能夠避免出現脫夾、裝夾損壞等問題,使裝夾機構具有耐久性和安全性,使零件與機床較好契合。此外,還應避免因平衡或配重問題造成裝夾振動,合理進行減重孔或配重塊選擇,能夠使裝夾維持平衡,回轉時不會受到過大離心作用,以免加工誤差過大。1.2.3走刀控制在薄壁零件切割時,需要合理選擇切割角度,保證切割前角度和后角度適合,只需較小力就能達到加工要求,以便使零件變形得到有效控制[4]。薄壁零件強度較弱,通常需要沿著壁側向90°方向進行主偏角切割,使零件摩擦受損得到減少。在走刀路徑和切削量控制上,還應結合表面粗糙度、主軸轉速等展開分析。如在薄壁套表面外圓加工時,根據粗糙度可以劃分為粗銑、半精銑和精銑,然后結合表1對切削量進行確認。根據切削量對路徑進行合理規劃,粗加工可采用階梯式加工方法。如采用十二走刀路徑,使刀具沿著X和Y向平移,可以將多余材料去除。適當增加刀具前后角,使摩擦和變形力得到有效控制,能夠降低零件變形幾率。

  2數控加工薄壁零件的加工工藝改進

  2.1零件加工概況

  如圖1所示,某薄壁鋁合金筒類零件為典型通孔類箱體,零件長370mm。在零件加工方面,需要完成Ф300mm外圓加工,并進行圓柱度0.032mm內孔加工。從加工精度要求上來看,表面粗糙度達到Ra0.4μm。采用鋁合金鍛材進行零件加工,受材料性質、零件結構等因素影響,容易發生變形,造成圓柱度、粗糙度等要求無法滿足。在切削過程中,不僅將消耗過多能量,還將產生較高溫度。而材料導熱率較低,容易導致刀具出現高溫問題。此外,受材料凝焊性、硬化傾向影響,容易形成積屑瘤和硬化層,中間容易發生堵塞,造成表面光潔度受到影響。

  2.2工藝問題分析

  根據同類型零件數控加工經驗進行工藝路線安排,需要先進行粗銑加工,然后進行半精加工,最后進行精加工。在端面銑削加工完成后,可以進行內控銑削,完成內控精加工,進行表面處理。從工藝加工效果來看,內孔圓柱度可以達到0.1-0.12mm之間,表面粗糙度在0.4-0.6μm范圍內,無法達到設計要求。分析原因可知,箱體零件加工擁有較大余量,需要對80%的材料進行去除,加工過程中容易產生較大應力。在毛坯鍛造階段,零件經過熱處理容易產生加工變形,造成幾何尺寸和形狀精度受到影響。在壁厚不斷降低的過程中,結構剛性和裝夾等剛性有所降低,引發了切削振動,造成尺寸公差無法得到保證。受徑向切削力作用,零件發生振動和變形,不僅造成尺寸、形狀受到影響,也導致表面粗糙度無法達到要求。而孔加工存在較大余量,零件在加工過程中也容易發生裝夾變形,造成同軸度無法達到要求。從整體加工情況來看,出現了尺寸精度不良問題。分析問題產生原因可以發現,零件壁薄,難以承受原本夾緊力,因此出現變形情況。

  2.3工藝改進措施

  2.3.1工藝方案改進考慮到零件加工精度要求較高,需要在數控銑床上進行外圓加工、鏜孔等操作。按照先面后孔的原則進行工藝加工,需要先對端面進行粗銑,然后經熱處理。采取退火熱處理工序消除應力后,可以進行精銑。在精加工階段,需要做好余量安排,避免因余量過多造成新的加工應力產生,同時避免余量過少造成內圓形狀無法修正。因此在粗加工和精加工階段,需要實施銑削加工,并通過2-3天反復穿插去應力工序,保證應力得到充分釋放。利用ansysis17.0有限元軟件進行建模,能夠對數控加工過程進行仿真分析,確定刀具參數、負載列陣等因素給零件加工的影響。結合分析結果,應先完成外圓粗銑,然后進行小孔和打孔鏜孔作業。為使孔粗糙度得到有效控制,精加工應保持高轉速和低進給,選擇較小吃刀量,并且最后進行光一刀作業。實際在零件數控加工方面,還要結合零件加工特點進行刀具、切削量等各方面具體選擇,以便使加工效果得到保證。2.3.2加工方法改進為保證零件加工質量穩定,還要選擇專業機夾刀具進行零件加工,保證刀具剛性、穩定性、強度等達到要求,并且刀具材料與加工材料、切削參數等相互匹配。在刀具選擇上,需要利用刀桿細的立銑刀進行加工,以免零件表面受刀桿損壞因素的影響。刀桿可以配置阻尼模塊,對刀柄彎曲變形振動進行吸收,使零件加工保持穩定。考慮到箱體長度較大,需要利用斜導軌床身進行加工,確保行程可以滿足要求,使刀架、主軸等位置定位精度控制在0.005-0.01mm范圍內。在箱體裝夾方面,考慮到斷面有足夠面積滿足裝夾要求,因此變形較小,還要解決孔加工的裝夾問題,利用三點扇形軟爪進行結構裝夾,避免因受力發生變形。在切削控制方面,需要根據毛坯硬度、刀具材料、銑床精度、零件直徑等進行切削用量的選擇。在進給量、背吃刀量有所增加的情況下,切削力也將增大,造成零件產生較大變形。所以還應使背吃刀量得到減小,同時使進給量有所增加,達到減小切削力的目標。為避免工件表面產生較大殘余面積,使粗糙度增加,并因零件承受內應力出現變形情況,還應在粗加工時適當增加進給量和背吃刀量,精加工階段將背吃刀量控制在0.1-0.3mm范圍內。在精銑過程中,應保持適當切削速度,使變形得到有效控制。在鏜孔過程中,需要采用與外圓銑削一致的幾何角,并采用稍大后角,避免刀面過高。做好斷屑槽選擇,并采用負刀傾角,能夠使切屑順利排出,避免影響加工表面。此外,需要選擇乳化液作為冷卻潤滑液,在減小切削力的同時,增強刀具耐用度,使零件表面粗糙度得到減小。通過充分使用,能夠減少切削熱的發生,使零件加工幾何精度得到保證。

  3結論

  從工藝改進效果來看,采用改進方法進行薄壁零件加工,未出現振紋、變形等問題,能夠保證尺寸加工精度和表面粗糙度合格,可以滿足設計要求。結合案例分析結果可知,在薄壁零件數控加工上僅憑經驗提出加工方法容易造成零件加工精度不高,甚至造成零件在加工過程中出現變形、損壞等問題,導致加工質量和效率受到影響。加強數控加工仿真分析,通過分析和預測實現工藝改進,做好零件裝夾和切削控制,能夠通過優化工藝取得理想加工效果。

  參考文獻

  [1]汪麗娟,魏領波.簡述薄壁類零件數控加工工藝改進[J].內燃機與配件,2020(01):90-91.

  [2]彭應征.薄壁零件數控加工工藝質量的改進方法[J].南方農機,2019,50(22):170.

  [3]姜強.薄壁零件數控加工工藝質量改進對策[J].現代制造技術與裝備,2019(11):154-155.

  [4]趙建林,張娟,周丹.薄壁零件數控加工工藝質量改進策略研究[J].科學技術創新,2019(28):174-175.

  作者:潘曉晶

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文章標題:數控加工薄壁零件加工方法

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