摘  要：薄壁零件是数控加工中加工难度以及复杂性较高的零件，因为具备轻质、结构紧密、精度高以及成本低等优势被广泛应用于工业生产中，但由于刚性差以及误差要求严格的特点，对车削加工技术的要求极为严格，一直以来都是机械行业急需解决的一项技术难题。本文通过分析薄壁零件在加工时的特点以及问题，提出相应的解决方案，同时对减少和防止薄壁零件加工变形的方法进行探究，以供参考。

关键词：机械加工;数控车加工;薄壁组合零件;工艺

中图分类号：TG547     文献标识码：A       文章编号：2096-6903（2021）08-0000-00

随着近年来我国机械行业的快速发展，数控车加工的范围不断扩大，薄壁组合零件也逐渐增多，该类零件在实际加工过程中一旦尺寸、精度以及形状出现任何问题，都将成为废品。为此，为提高薄壁零件的生产质量以及效益，则需不断改革和创新数控车加工工艺。以下將对数控车加工薄壁组合零件工艺存在的问题进行分析，并对提高薄壁零件加工精度进行探究，予以相应的改善措施。

1薄壁零件加工过程中的特点、问题以及改善措施

薄壁零件因其质轻、体积小、结构紧密以及成本低的特性而被广泛应用于工业生产中。特别是近几年来，在产品小型化以及精密度提升的社会需求下，薄壁零件逐渐成为较多机械产品的主要零件。然而，由于薄壁零件自身存在的刚性差和壁面较薄的情况，使得在实际加工过程中容易出现变形，在一定程度降低了产品的质量，且精度控制效果欠佳，不利于产品设计的同时也对薄壁零件的发展造成了一定的影响。为此，薄壁零件加工工艺的创新与改革已成为机械制造业急需解决的问题。为确保薄壁零件问题解决的合理性和科学性，则需首先对导致薄壁零件变形的原因有充分的了解和认识，再对其采取相应的解决措施。目前薄壁零件在车削加工中，对其加工精度造成影响的因素主要包括有机床、刀具、工件及工件的装夹、切削时的切削力以及切削热等均会造成零件的加工误差。可能出现的情况主要包括有以下几点。

1.1工件精密度受工件结构和材质选用的影响

工件形状的复杂程度以及薄壁的大小直接关系到变形量，且工件的稳定性和刚性均与材质成正比关系。因此，为尽可能的避免该类因素对工件加工造成影响，在实际加工前期需对零件的受力性进行分析，特别是薄壁零件的结构设计方面，应确保设计的严谨性，保证选用材料具备较好的硬度以及疏松度。

1.2薄壁零件受压力影响容易发生变形

由于薄壁零件普遍存在壁面较薄的现象，致使整体工件的刚性较差，在经受外力作用下极易产生较大的变动，对工件形状产生较大影响的同时也会造成工件尺寸与原先设计存在较大偏差，最终沦为废品。比如在工件加工的内控环节夹具的夹紧力度通常较大，内控会因受力不均匀而产生较大的变化，甚至能让圆孔变为三角形。加工结束后，经夹具松开后取下的工件弹性会有所恢复，其外圆形状又会恢复成圆形。此时，一旦内径侧脸系数出现变化，则无法保障内控形状，甚至会对工件整体形状产生影响。

1.3工件热变形

薄壁零件在车削加工过程中，受切削作用普遍伴有较高的温度，通常会出现不同程度的热变形情况，继而谁的零件的加工精度下降甚至是零件的是质量不达标。另外，因工件壁部刚性较差，受高温影响后工件尺寸的控制难度加大。此外，在进行膨胀系数较大的金属工件加工时，受高温影响除了发生形变外，还可能会出现工件卡死在夹具上面的情况。

1.4振动变形

振动变形主要表现为薄壁零件经切削力和反震力作用后，与整个车床一同发生振动，最终导致工件整体形状、尺寸以及表面精度发生较大的变化。

1.5工件装夹过程中产生的变形

薄壁零件在数控车加工时为达到原先设计的标准要求，应合理选用夹具，同时还应根据夹具的特性设定合理的夹紧力度。为此，薄壁零件在实际加工时，应保证夹紧点与支撑点相同，且夹紧点应尽可能的接近加工表面，避免在不均匀外力作用下工件整体出现变形。

此外，在加工时为有效防止工件因加工而发生变形，往往需要增加工件与夹具之间的接触面积，从而有效降低夹具对零件的挤压力度。例如，在铣削加工薄壁零件时采用大量的弹性压板，能有效的增加零件的受力面积;在车削薄壁套的内径和外圆过程中，采用简单的开口过渡环、弹性芯轴或整弧卡爪，其目的都是为了增加零件的受力面积。该类做法因有效的承载了夹紧力，极大程度上的降低了工件的变形概率。其中利用轴向夹紧力来避免零件发生变形的做法目前已被广泛应用于企业生产中。另外，还可通过专用夹具的设计和制作来确保夹紧力作用于端面上，从而更好的解决工件刚性差以及因薄壁而出现的工件变形问题。

1.6工件加工过程中发生的变形

工件在切削过程中受切削力的影响，会产生沿受力方向的弹性变形。因此在精加工时，应确保刀具足够锋利，尽可能的降低工件与刀具之间存在的阻力，提升刀具在切削过程中的散热性。

工件加工时与刀具之间摩擦所产生的热量也会造成工件变形，因此应尽可能的选用高速切削加工。高速切削加工时，切屑能在短时间内被切除干净，绝大部分的切削热能与切屑一同消除，有效避免工件出现热变形。另外，因切削层材料被软化的部分会高速切削时会有所减少，能减少零件的加工变形，更好的保障零件尺寸加工以及形状的精准度。

1.7加工后的应力变形

薄壁零件经加工后通常外形较为稳定，然而零件本身内部存在着一定的内应力。虽然内应力的分布通常较为稳定，但在部分材料去除以及热处理之后，还是会出现变化。而工件为重新达到平衡，其外形会发生一定的变化。

针对此类变形的解决，通常采用热处理方式。（1）将需要校直的工件叠成一定高度，利用一定工装压紧成平直形态。（2）将工件和工装一同放置于加热炉中，结合不同零件材料，设定不同的加热温度和加热时间。工件内经热校直后通常会较为稳定。同时，工件在具备较高直线度的同时，其相应的加工硬化情况也能有效去除，有利于零件后期精密加工的开展。铸件应进行时效处理，尽可能的去除内部的残余应力，选用变性后再加工的处理方式。针对大型零件则需采取仿形加工，也就是提前预估工件装配后会出现的变形量，加工时在反方向预留出一定的变形量，从而有效避免零件经装配后出现变形。

此外，薄壁组合零件的加工工艺还会受到人为因素的影响，假若在加工过程中，作业人员并未按照相关标准要求开展作业，会造成最终零件的精度不符合标准要求，另外，在加工过程中如若没有及时处理切割过程中产生的碎屑和垃圾，也会对设备的使用造成一定的影响，继而对仪器设备的精准度造成影响。

2减少和防止薄壁件加工变形的措施

2.1工件分粗、精车阶段

因粗车时工件的切削余量较大，其相应的夹紧力也较大，随之产生的变形也较大。而精车过程中，夹紧力普遍较小，相应的变形也较小，同时还能避免粗车时因切削力过大所造成的变形。

2.2合理设定刀具的几何参数

目前大多数机械加工企业中，刀具选用的是否合理直接关系到加工零件的质量和效率，同时也对保障作业人员安全性起到了一定的作用。为此，在实际加工过程中应注重对刀具的选择。经相关数据分析现实，目前选择刀具时应参考的因素主要包括有薄壁组合零件的具体尺寸、形状、刀具的原材料属性以及加工环境等。

精车薄壁工件时，对刀柄的刚度要求通常较高，车刀的修光刃应控制在0.2-0.3mm范围内，同时还应确保刀刃足够锋利。

2.3增加装夹接触面积

选用特制的软卡爪或开缝筒来合理增加装夹接触面积，确保夹紧力在工件上的分布均匀性，从而有效避免工件在夹紧过程中产生的变形。

2.4选用轴向夹紧夹具

薄壁零件加工时，应尽可能的避免使用径向夹紧夹具，而应优先选用轴向夹紧夹具。工件靠轴向夹紧套的端面进行轴向夹紧。因夹紧力分布于工件轴向，而工件轴向的刚度通常较大，不易因夹紧发生变形。

2.5合理采用切削液

为避免工件受热变形，应合理降低切削温度，因此在切削开始前应注意选择和加注切削液。粗加工时，可采用冷却性较好的切削液（如硫化极压乳化油、极压乳化油等）。精加工时，可采用具备一定润滑功能和冷却性能较好的切削液（如矿物油加煤油、硫化油加煤油灯）。

3数控车削薄壁零件参数设定

数控车床对薄壁零件加工具备较大的优势，针对壁厚薄、直径小和长度短的薄壁零件，能一次性车削成型。合理设定刀具参数，能有效提升刀具的使用时限，同时有利于提升工件的加工质量，因此，在设定刀具角度时，应避免夹持在薄壁位置。粗车时，由于切削力较大，需重点考虑刀具的强度和耐用度，在不影响刀具强度的基础上，合理增大前、后角。另外，还可通过在主切削刃上负倒棱来提升刀头强度，提高刀具的耐磨性。

4数控车加工薄壁组合零件工艺案例

经详细的结构分析，需生产的薄壁组合零件（图1）分为三部分。其第一部分其内外轮廓的加工方式为先内后外加工方式，在加工过程中应注意零件的内凹半圆、悬臂和外凸半圆加工时刀具对的选择。针对第一部分的装夹可选用一夹一顶的方式开展掉头装夹，以确保右边外轮廓外圆尺寸的大直径58mm、小直径48mm，外螺纹大直径为23mm、小直径为16mm。另外，在不拆除零件第一部分的基础上，利用螺纹连接的方式来连接第二部分，然后再开展第二部分外轮廓的加工，加工全过程中其相应的尺寸数据均需符合标准要求。

需生产的薄壁组合零件第二部分的内外轮廓，在内孔加工时需保证其外轮廓的圆尺寸直径为70mm，再保证内轮廓大直径为48mm、小直径为23mm。另外，应确保其螺纹与薄壁组合零件第三部分相符，确保其精度满足标准需求。

该零件第三部分在外轮廓加工过程中，首应保证外轮廓的圆尺寸大直径为58mm、小直径为52mm;在内轮廓加工时，需保证内轮廓的内锥孔以及内孔尺寸的大直径为48mm、小直径为23mm。在小直径为32mm的情况下借助掉头装夹对其内孔表面进行校正，在保障所有数据准确的基础上，科学加工第三部分左边的内锥孔和外轮廓。

薄壁组合零件加工完成后，需对零件第一部分进行拆除处理，借助第二部分的外圆来校正第一部门的内轮廓，以保证第一部分内轮廓的尺寸满足标准要求，然后将第三部分零件与第一部门进行适配，以确保各个零件的精度满足标准要求。同时，在各零件拆除后，还应进行相应的去倒棱处理，并仔细检查相应的各项参数数据。

5结语

近年来，薄壁零件因其所具备的结构紧密、质轻以及生产成本低等优势被广泛应用于工业生产中。但由于薄壁零件存在的强度低和刚性差的特性，也使得其加工难度较大，在实际加工过程中一旦出现尺寸不符合标准的现象将直接成为废品。此外，数控车加工薄壁组合零件的过程普遍较为繁杂，加工的各个环节都需予以足够的重视。為有效避免薄壁组合零件在加工过程中受工件结构和材质选用、压力影响、热影响、振动、装夹影响以及加工过程中所发生的变形，在实际加工过程中则应重视对相应材料的选用，工件分粗、精车阶段加工，合理选择相应的加工刀具并设定适宜的几何参数，采用特质的软卡爪或开缝套筒来科学增大装夹接触面积，优先选用轴向夹紧夹具，将夹紧力沿刚性较大的工件轴向分布，并合理采用切削液，避免工件受热变形，尽可能的减少和防止薄壁件加工变形。严格按照薄壁组合零件图纸设计标准要求开展相关加工，确保零件参数精准度的同时也能有效提升加工效率。

参考文献

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收稿日期：2021-05-20

作者簡介：刘莹盈（1981—），女，云南昆明人，本科，讲师，研究方向：数控车床编程与技能训练一体化课、机械制图、机械基础、公差与配合等理论课。

Discussion on the Technology of NC Turning Thin Wall Composite Parts

LIU Yingying

（KKunming Advanced Tehnical School， Kunming Yunnan  650000）

Abstract： Thin walled parts are difficult and complex parts in NC machining. Because of their advantages of light weight， compact structure， high precision and low cost， they are widely used in industrial production. However， due to the characteristics of poor rigidity and strict error requirements， the requirements for turning processing technology are extremely strict， It has always been an urgent technical problem in the machinery industry. This paper analyzes the characteristics and problems of thin-walled parts in processing， puts forward the corresponding solutions， and explores the methods to reduce and prevent the processing deformation of thin-walled parts for reference.

Keywords： machining; CNC machining; thin wall assembly parts; technology