周红明
中车永济电机有限公司 山西 永济 044500
摘要：随着社会的发展，我国的机械工程建设的发展也有了进步。薄盘类零件普遍具有重量轻、强度高、造型美观等特点，广泛使用于航空航天、汽车及现代机械工业产品中。涡轴发动机中的回流器盖板、汽车上的制动盘，切削用的圆锯片、锯片式铣刀和砂轮片等都是典型的薄盘类零件。薄盘类零件厚度相对较薄，刚度相对较低，加工工艺性相对较差，如果加工方法不当，加工零件时极易产生变形，精度超差，甚至报废。因此，针对薄盘类零件加工中变形控制成了关键。
关键词：机械制造；盘类零件高效加工；影响因素；对策
引言
在以往的盘类零件加工中，只实现半自动化加工，当一个加工循环完成后，由工人手工完成工件的装卸，再开启下一个工序，上下料与搬运工序占总工时的2/3，费用占总费用的1/3。在此背景下，设计自动加工系统完成上下料操作，使机床的各项工序能够自动循环，无需人工介入，节省了大量人力与时间花费。
1薄盘类零件变形的影响因素
1.1毛坯
制造的毛坯经过热成形后，冷却过程中会产生内应力，随着毛坯投入加工，多余的材料经过不断切除，零件刚度也随之减小，再伴着切削力与切削热的作用，零件内部会产生新的残余应力。人们经常采用热处理的方法去除这些内应力，但是不可能彻底地去除，总会有残余内应力留下，而在零件继续加工中，变形就会产生。另外，随着零件整体的形状改变和各个截面的大小变化也会引起内应力重新分布，致使工件变形。制造毛坯本身存在着各种误差（如平行度、垂直度等），在加工过程中，这些误差复映到零件上，也会使工件变形。
1.2工件装夹
薄盘类零件成型一般有两种方法，尺寸精度要求不高时，可以直接冲压成型；尺寸精度要求高时，采用切削加工成型方法居多。薄盘类零件的结构特殊，刚性较差，如果零件在装夹时因夹紧力作用点、方向或大小选择不当，必然会引起附加应力变形。在加工过程中，因为夹具的夹紧力和压力，工件也会产生弹性形变，影响工件表面粗糙度、位置精度等，也会使工件产生加工变形。
1.3切削力
一般影响切削力的因素主要有以下几个方面：（１）切削用量的影响。切削用量三要素中，主要是进给量、背吃刀量对切削力影响较大。当背吃刀量增大一倍时，切削力也增大一倍；进给量增大一倍时，切削力仅增大７０％～８５％。（２）工件材料的影响。切削力随着材料的强度增大而增大。材料的加工硬化能力也和切削力有关，一般来说，硬化能力较高的材料，他的切削力也会随之变高。（３）刀具几何参数的影响。刀具的几何参数包括切削刃形状、刃区型式、刀面型式和刀具的角度等，其中刀具角度对切削力的影响较大，且刀具前角影响最大。例如在加工塑性材料时，刀具的前角增大，切削力也会随之增大，这种情况在切削速度低的时候较为明显，而随着切削速度的增大，刀具前角对切削力影响会相对减小。（４）刀具材料的影响。一般来说，金刚石刀具的切削力最小，高速钢刀具的切削力最大，而硬质合金刀具居中。
2盘类零件自动上下料系统设计原理
2.1总体思路
根据工件形状规则，使用自动化设备进行定位，利用多层直线型料仓对工件坯料进行储备，保持每层斜度均衡，在重力影响下，工件被自动运输到上料区，经过进料气缸将工件输送到气动卡盘中，利用CNC系统对工件进行控制，待到加工结束后，启动接料装置逐渐向轨道移动，当工件顺着轨道输出后直接进入到接收装置中。在数控系统的支持下，上下料功能得以完成，主要步骤为“上料、装夹、车削、下料”。
2.2系统构成
在上料系统中，将其安装在机床上方箱体内侧，主要包括上料机、台架与坯料推进机构等内容。坯料在自身重力作用下进入气缸凹槽中，气缸沿着X轴移动，将坯料运送到主轴线上，此时下料气缸利用碟形弹簧压缩，开启夹头，待到坯料进入。坯料推进气缸被设置在尾座，将坯料输送到弹簧夹头后缩回，工件此时已被夹紧，可开启上料流程。下料机构主要包括气缸、接料缸、夹头与开关等内容，当工件被处理完毕后，气缸将会弹出，压紧弹簧，此时弹簧夹头开启，接料气缸将其移动到夹头之下，工件被输送到下料仓中，以此完成自动下料流程。
1.3操作流程
为了使上下料机构与机床之间的运作与衔接更加连贯，通常利用PLC控制系统对各类设备与机构进行操控，此种方式应额外配置PLC系统，需要花费较多的成本，并对运行环境有严格要求。对此，可发挥CNC系统的辅助作用，对机床进行二次开发，并利用PLC对上下料过程进行设计，采用译码对上料过程进行开发，将其成为辅助功能M90，下料也是同样的道理，使其成为辅助功能M91，并录入到CNC系统中，在操作流程方面可简化为启动M90、车削加工、调用M91，使成本得到有效节约，占用空间更小。
3上料/下料自动化机构原理分析
3.1上料/下料自动化机构设计思路分析
工件形状规则，定位及夹紧条件适合采用自动化设备。采用多层直线型料仓，可以储备较多工件坯料，基于重力作用，通过每一层所设置的倾斜度，让工件实现自动上料，在加工完毕之际，设备驱动接料装置靠拢，通过专用轨道让工件滑出，实现工件的收集，在这一过程中，上料和下料的自动化功能，通过数控系统辅助功能二次开发完成，实现上料→装夹→车削→下料全过程自动化。
2.2上料/下料自动化机构组成研究
在上料/下料自动化机构中，自动上料设备在机床床头箱内侧安装固定，具体组件包括上料机构、坯料推进设备、上料台架，在上料过程中，通过坯料的自重自动进入到上料气缸凹槽内，随后气缸以X轴的方向正向运动，向主轴轴线进行坯料输送，然后在下料气缸伸出将碟形弹簧压缩，夹头孔打开，等待坯料进入。安装在尾座上的坯料推进气缸将坯料推入弹簧夹头孔中，下料气缸退回，工件被夹紧，此刻上料流程结束。下料自动化机构中，部件包含下料/接料气缸、工件夹头、检测开关等，在机床完成工件加工之后，系统自动控制下料气缸身处，将碟形弹簧下压，松开弹簧上的工件夹头，同一时间内弹簧下方接料气缸移动到位，随后将工件弹入到下料仓，自动下料流程结束。
2.3上料/下料自动化动作流程研究
整个上料/下料自动化工作流程为：料仓工作人员人工上料——上料气缸进/退——下料气缸进/退——夹紧加工工件——退料气缸退——车床加工工件——下料气缸进——松开碟形弹簧夹头——接料气缸移动——弹出加工工件——下料、接料气缸退——进入下一次执行循环。为了能够让本次设计的上料/下料自动化机构可以在运行阶段始终与机床保持协调、连续运行状态，在设计阶段需要采用PLC控制器来控制上料/下料自动化机构中的相关设备，但是若是额外采购PLC控制系统，不仅需要耗费较高成本，同时机床加工设备的空间要求也较高，为节省成本，本次研究中作者针对CNC机床辅助功能，在原有功能上开展二次开发，使用自带的PLC来实现上料/下料自动化机构，同时基于过译码将上料过程开发成辅助功能M90、下料过程开发成辅助功能M91写入机床CNC中，加工过程简化为：调用M90→车削加工→调用M91，大大节约了成本，缩小了空间。
结语
变形控制是薄盘类零件加工的关键。文章分析了影响薄盘类零件变形的原因，结合生产现场中加工回程盘零件的具体实例，通过采用合理的加工工序、合适的加工余量及装夹方法等来控制零件的变形量，有效提高了加工过程中的稳定性，获得了良好的加工质量。
参考文献
［１］ 王少红．航空薄壁零件的铣削加工变形控制研究［Ｄ］．大连：大连交通大学，２００８．
［２］ 敖志强．航空薄壁件铣削加工变形分析与试验研究［Ｄ］．西安：西北工业大学，２００６．