数控加工中产品变形控制要点分析

数控加工中产品变形控制要点分析

于世赢  于海博

中车集团大连机车研究所有限公司  辽宁大连  116000

摘要：工件在加工过程中容易出现变形，对产品的精度和质量构成威胁。工件的变形会导致尺寸不准确、形状失真、表面粗糙等问题，影响产品的性能和可用性，甚至引发严重的质量问题。因此，如何有效控制数控加工产品的变形成为当前研究的一个重要课题。本文结合实际，首先阐述数控加工产品变形控制要求，其次在探讨数控加工中产品变形原因基础上，对数控加工产品变形控制要点进行深入探讨。

关键词：数控加工；产品变形；控制要点

引言

在数控加工领域，产品的精度和质量一直是非常重要的考量因素。随着加工复杂度的提高和客户对高质量产品的需求不断增加，工件在加工过程中容易出现变形问题已成为一个突出的挑战。工件变形可能会导致尺寸不准确、形状失真、表面粗糙等问题，影响产品的性能和可用性。因此，控制数控加工产品的变形变得非常重要。

1数控加工产品变形控制要求

（1）数控加工产品的变形控制要求涉及到尺寸精度。尺寸精度是指产品的实际尺寸与设计尺寸之间的差异。在数控加工中，材料受到切削和加工热变形的影响，容易导致产品尺寸偏差。因此，为满足设计要求，需要通过精确的数控编程和加工工艺，控制产品尺寸的精度，确保其在允许的尺寸公差范围内。（2）形状精度也是变形控制的重要方面。形状精度是指产品的实际形状与设计形状之间的差异，包括平面度、圆度、直线度等。在数控加工中，机床的刚度和刀具的特性会对产品的形状产生影响，因此需要采取适当的措施，如合理选择刀具、提高机床刚度，来控制形状精度。（3）变形控制还涉及残余应力的管理。在数控加工中，高速切削和高温加工可能会导致材料的残余应力，这些应力会在产品冷却后导致尺寸和形状的变化。因此，需要采取适当的冷却和退火工艺来释放残余应力，从而减小产品的变形。（4）温度和湿度控制也是变形控制的重要环节。在数控加工车间，温度和湿度的变化会对机床和工件产生影响，进而影响产品的尺寸和形状。因此，需要确保车间的温湿度稳定，避免温度梯度和湿度变化引起的变形[1]。

2数控加工中产品变形原因

数控加工中产品变形是一个常见的问题，它可以由多种因素引起。

2.1切削热变形

在数控加工中，高速切削或高温切削过程中，刀具与工件之间会产生大量的热量。这会导致工件局部升温，使其膨胀或发生塑性变形，导致尺寸和形状的变化。这种热变形通常在切削后迅速减小，但仍会对产品的精度产生影响。这个问题在实际数控加工中常常引起关注，因为即便是微小的尺寸和形状变化也可能对产品性能和质量造成不可接受的损害。

2.2材料性

不同的材料在加工时会表现出不同的机械性质和热膨胀系数。如果选择的材料不合适，或者材料的性质不均匀，都可能导致工件变形。此外，材料的残余应力也可能在加工后导致变形问题。

2.3机床工具刚度

数控加工机床和切削工具的刚度直接影响工件的稳定性。如果机床或工具不足够刚硬，会在切削中产生振动，从而影响产品的形状和表面质量。因此，机床和切削工具的选择和维护对变形控制非常关键。

2.4切削参数

切削速度、进给速度、切削深度和切削方式等切削参数的选择会影响切削热量的产生和分布。不合理的切削参数可能导致工件过度加热，从而引发变形问题。因此，在数控加工中，合理选择和调整这些切削参数非常重要。举例来说，如果切削速度过高，会导致切削温度升高，增加热变形的风险。相反，如果切削速度过低，可能会引发工具与工件之间的摩擦，同样导致加热和变形。此外，切削方式的选择也关系到热量分布。不同的切削方式可能会产生不同的热量分布，进而影响工件的温度和变形情况。例如，高速切削可能更容易产生高温，而传统切削方式可能相对温和[2] 。

3数控加工中产品变形控制措施

3.1切削热变形控制

在数控加工中，高速切削或高温切削过程中，刀具与工件之间会产生大量的热量，导致工件局部升温，膨胀或发生塑性变形，进而影响产品的尺寸和形状精度。为解决这种问题，可采取多种对策。首先，优化冷却系统，以确保冷却液有效地冷却刀具和工件，降低温度。其次，调整切削参数，如切削速度、进给速度和切削深度，以减小热量积累，减缓工件的升温速度。第三，选用具有较低热膨胀系数的材料，从材料层面减小膨胀效应。后处理工艺如热处理可用于减小热变形。实时监控系统用于跟踪工件温度和变形情况，以及时调整切削参数和冷却系统。选择高质量的刀具和涂层，提高散热性能。

3.2做好材料的选择

在数控加工中，材料的选择和处理对工件的变形问题非常重要。首先，应根据工件的具体要求和加工流程选择合适的材料，考虑其机械性质和热膨胀系数。例如，对于需要高精度的工件，可以选择具有较低热膨胀系数的材料，如铝合金或高温合金。其次，要确保所选材料的性质均匀，以减小变形的可能性。不均匀性可能会导致不同部分的热膨胀率不同，从而引起变形。例如，如果使用铸造材料，应特别关注铸件内部的材料性质均匀性。此外，需要注意材料的残余应力，这些应力可能在加工过程中被释放出来，导致工件变形。可以采用热处理等方法来减小残余应力。最后，实时监控和反馈系统对于控制材料相关的变形问题非常重要。通过实时测量工件的温度和变形情况，可以及时调整加工参数，如切削速度和冷却系统，以减小热变形。

3.3重视机床工具稳定性控制

在数控加工中，机床和切削工具的刚度是关键因素，直接影响工件的稳定性和精度。为应对这种问题，首先，应选择高刚度的数控机床，以确保其能够承受切削力并保持稳定性。例如，高速加工需要高刚度的机床，如铸铁床身的数控铣床，以减小振动。此外，切削工具的刚性也非常重要。使用高刚性的刀具可以减小振动，改善切削表面质量。例如，硬质合金刀具通常具有较高的刚性，适用于高精度的数控加工。其次，定期维护和保养机床和刀具也是关键的对策。机床的润滑和紧固件状态应得到保持，确保机床零件之间的配合精度。同时，刀具应定期检查和更换，以保持其刚性和锋利度。如果机床和切削工具的状态不良，将导致振动和切削质量下降[3]。

3.4优化切削参数

数控加工中，切削参数的合理选择对于减小变形非常重要。首先，切削速度的选择应根据材料的种类和硬度来确定。较高的切削速度有助于减小切削温度，减少热量传导到工件，从而减小变形的风险。举例而言，对于加工铝合金的情况，较高的切削速度通常是合适的，因为铝合金导热性较好，可以更快地带走热量。其次，进给速度的选择也需要慎重。适当提高进给速度有助于减小切削时间，从而减少热积累，但需确保不引起过大的切削力。再者，切削深度应按照工件材料和加工要求来选择。在切削深度过大的情况下，可能导致过多的热积累，因此需要平衡切削深度和加工效率。最后，切削方式的选择也对变形有影响。例如，粗加工可以采用高进给速度和大切削深度，但在精加工时需要减小这些参数，以确保工件精度。

4结语

总之，在数控加工环节，通过正确选择材料、合理调整切削参数、确保机床刚度、采用适当的热处理等方法，可以有效地减小变形的风险，提高产品的加工精度和质量。制造业需要认真对待这种问题，因为精密零部件和高质量产品对各个领域都非常重要。希望本文提供的控制方法和建议能够帮助制造商更好地理解和应对数控加工产品变形问题，以实现更可靠的生产和更满意的客户需求。在未来的工作中，需要不断研究和改进这些控制方法，以适应不断发展的市场需求和新材料的应用，确保产品变形问题得到更好的控制。

参考文献：

[1]吴川.数控加工技术在金属件加工模具制造中的应用探讨[J].中国金属通报,2022(06):81-83.

[2]耿吉.机械数控加工过程中的质量控制问题探究[J].内燃机与配件,2021(20):177-178.

[3]秦泉.有效提高数控加工精度的策略思考[J].新型工业化,2021,11(04):118-119.