薄壁零件車削加工的工藝方案

李浩權(quán)

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.25.085

摘 要：通用加工工藝在數(shù)控車床上加工薄壁零件，加工精度是比較難控制的。原因是薄壁零件剛性差、強(qiáng)度低，在加工中極容易變形，使零件的形位誤差增大。加工中需要解決的主要問(wèn)題是控制和減小變形，同時(shí)提高切削效率，縮短加工周期。其加工工藝需要從工件裝夾、切削用量、刀具幾何角度選用等多方面進(jìn)行優(yōu)化。因此對(duì)薄壁零件的裝夾、刀具的合理選用、切削用量的選擇等進(jìn)行探討和分析。

關(guān)鍵詞：薄壁零件 加工變形 芯軸裝夾 工藝方案

中圖分類號(hào)：TG51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）09（a）-0085-02

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控車床的普及，數(shù)控車床加工精度高、高效率、加工范圍廣、調(diào)試方便等優(yōu)勢(shì)在機(jī)械加工中占有越來(lái)越重要的地位。薄壁零件是較常用的零件，大部分薄壁零件外型并不復(fù)雜，在數(shù)控車床加工編程較為容易，但由于薄壁零件強(qiáng)度低、剛性差，在加工過(guò)程中會(huì)受到切削力、切削熱、工裝夾具、工件內(nèi)應(yīng)力等多方面的因素干擾，使其在實(shí)際加工中不易操作。因此，根據(jù)薄壁零件的形狀特點(diǎn)，產(chǎn)量，設(shè)計(jì)一套專用的工裝夾具。不但提高了零件的加工精度，也提高了的生產(chǎn)效率。

1 薄壁零件加工存在的問(wèn)題

薄壁零件如圖1所示。毛坯材料為45#鋼材，毛坯規(guī)格為φ45mm×7.5mm無(wú)縫鋼管棒料。零件外徑是φ38mm，內(nèi)孔是φ34mm，壁厚僅為2mm，而且均有尺寸公差0.02mm，同軸精度和垂直精度均0.02mm。通過(guò)分析零件技術(shù)要求和零件形狀特點(diǎn)，零件的精度較高。加工難點(diǎn)是零件壁薄，實(shí)際加工時(shí)容易在夾緊力、切削力的作用下產(chǎn)生變形和振動(dòng)，從而影響零件的尺寸精度、形狀和表面粗糙度。

2 薄壁零件加工工藝方案設(shè)計(jì)

2.1 工藝方案一

由于零件的毛坯是無(wú)縫鋼管棒料，可用自定心三爪卡盤夾緊，實(shí)行一次裝夾加工。具體步驟是先粗車后精車。首先用粗車刀粗車內(nèi)孔至φ33.5mm，外圓至φ38.5mm和φ42.5mm；再用精車刀精車內(nèi)孔和外圓；最后就是用切斷刀切斷。一次裝夾能夠保證零件的同軸度和垂直度。

工藝方案一的缺點(diǎn)：由于零件壁薄，容易振動(dòng)，機(jī)床主軸過(guò)松，機(jī)床剛性過(guò)低或過(guò)強(qiáng)都會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，切斷刀切斷時(shí)零件會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致零件微小的變形，從而使零件的尺寸不穩(wěn)定和難以控制。工藝方案一適合加工單件或者加工精度低的產(chǎn)品，不適合加工精度高的大批量產(chǎn)品。

2.2 工藝方案二

工藝方案二，要分三道工序加工。

（1）第一道工序：由于零件的毛坯是無(wú)縫鋼管棒料，用自定心三爪卡盤夾緊，實(shí)行粗加工，各尺寸均留0.5～0.8mm的余量，切斷。

（2）第二道工序：采用大面積扇形軟爪裝夾，精加工內(nèi)孔φ34mm和零件的A面，如圖2所示。

如果采用普通自定心三爪卡盤夾緊，零件容易變形，因?yàn)槠胀ǖ娜ūP夾緊時(shí)，受力集中在三點(diǎn)，薄壁零件強(qiáng)度低，剛性差，易變形。夾緊力偏小時(shí)，零件在車削時(shí)受切削力的影響使零件松動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)撞刀。而大面積扇形軟爪裝夾能有效地減少變形，因?yàn)樯刃诬涀Φ难b夾面是與零件的外徑表面相配合的。能增大零件的接觸面積，增大夾緊力的作用面積，使零件支持面增大，夾緊力均勻分布在零件表面上，用軟爪的端面進(jìn)行軸向定位。加工軟爪時(shí)，軟爪端面與軟爪的裝夾面一次裝夾加工，保證軟爪端面和軟爪的裝夾面垂直，提高零件定位精度，減小零件變形，甚至避免零件變形。

（3）第三道工序：采用錐體芯軸裝夾，精加工外圓φ42mm、φ38mm和零件B面，保證零件的總長(zhǎng)，如圖3所示。

錐體芯軸裝夾由夾具體、錐體、推件塊、墊圈及內(nèi)六角螺釘組成。

其工作方式是先將加工好內(nèi)孔和A面的零件套在夾具體上，再由內(nèi)六角螺釘鎖緊，由墊圈壓緊錐體，錐體受力向內(nèi)移動(dòng)使夾具體膨脹，從而使零件內(nèi)孔均勻受力而夾緊。當(dāng)精加工完后松開內(nèi)六角螺釘，推件塊推動(dòng)錐體向外移動(dòng)，使夾具體不再膨脹，從而松開零件。

使用錐體芯軸裝夾，最主要的是夾具體，如圖4所示。

夾具體采用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)為60#鋼材加工而成，因?yàn)榇虽摰膹?qiáng)度和彈性都比較好。加工夾具體時(shí)要注意，C面、D面及內(nèi)錐面為一次裝夾加工，保證C面和D面的垂直度，D面和內(nèi)錐面的同軸度，裝夾零件時(shí)，以C面作軸向定位。夾具體的外圓應(yīng)比零件的內(nèi)孔尺寸小0.05～0.08mm，方便零件的裝夾。內(nèi)錐大徑為28mm，錐度取8°，錐長(zhǎng)45mm，孔深55mm。在D面處開8條小槽，槽寬2mm，長(zhǎng)45mm，有利于夾具體受力膨脹夾緊零件。

錐體與內(nèi)六角螺釘?shù)呐浜?，如圖5所示。

錐體的大徑是28.4mm，錐度8°，內(nèi)孔11mm。內(nèi)六角螺釘是M10×90的，錐體與內(nèi)六角螺釘?shù)呐浜鲜峭耆蓜?dòng)的。內(nèi)六角螺釘上有一個(gè)寬3mm的推件塊，固定在內(nèi)六角螺釘上，其作用是阻擋錐體滑落。推件塊上有一個(gè)R0.8mm的小孔，作用就是固定推件塊。固定推件塊位置時(shí)，應(yīng)離錐體2mm。這樣，零件加工完成后，松開內(nèi)六角螺釘由螺釘上的推件塊帶動(dòng)錐體往外移動(dòng)，快速松開零件。

工藝方案二，能有效地減少薄壁零件的切削變形和夾緊變形，能有效控制薄壁零件的尺寸精度，對(duì)加工大批量精度高的薄壁零件，不但提高了零件的加工精度，也提高了生產(chǎn)效率。

3 薄壁零件加工時(shí)合理選擇刀具的幾何角度和切削用量

3.1 合理選擇刀具的幾何角度

在薄壁零件的車削中，合理的刀具幾何角度對(duì)車削時(shí)切削力的大小、車削中產(chǎn)生的熱變形、工件表面的粗糙度都是至關(guān)重要的。刀具的主要幾何角度對(duì)切削力的影響是很大的。

（1）刀具前角的大小，決定著切削變形與刀具的鋒利程度。前角大，切削力和摩擦力減小，切削變形減小。但前角太大，會(huì)使刀具的楔角減小，刀具強(qiáng)度減弱，刀具散熱情況變差，磨損會(huì)加快。車削鋼件材料的薄壁零件時(shí)，用硬質(zhì)合金刀具，前角取5°～20°。粗車時(shí)取較小前角，精車時(shí)取較大前角。

（2）刀具后角的大小，決定著刀具后刀面與工件表面的摩擦情況。后角大，摩擦力小，切削力也相應(yīng)減小，但后角太大也會(huì)使刀具強(qiáng)度減弱。在車削鋼件材料的薄壁零件時(shí)，用硬質(zhì)合金刀具，后角取4°～12°，粗車時(shí)取較小后角，精車時(shí)取較大后角。

（3）刀具主偏角的大小，決定著軸向切削力和徑向切削力的分配情況。主偏角增大，徑向切削力減小，而軸向切削力增大；反之徑向切削力增大，而軸向切削力減小。車削薄壁零件的內(nèi)外圓時(shí)，無(wú)論粗車或精車，主偏角取90°～95°。

（4）刀具副偏角的大小，影響著刀具與以加工表面間的摩擦情況和工件表面粗糙度值的大小。車薄壁零件時(shí)，副偏角取8°～15°，粗車時(shí)取較大的副偏角，精車時(shí)取較小的副偏角。

3.2 合理選擇切削用量

切削力的大小與切削用量密切相關(guān)。背吃刀量和進(jìn)給量同時(shí)增大，切削力增大，變形也大，對(duì)車削薄壁零件極為不利。減少背吃刀量，大進(jìn)給量，切削力雖然有所下降，但工件表面殘余面積變大，表面粗糙度值增大，使強(qiáng)度不好的薄壁零件的內(nèi)應(yīng)力增加，同樣也會(huì)導(dǎo)致零件的變形。所以，粗加工時(shí)，背吃刀量和進(jìn)給量可以給大些，精加工時(shí)背吃刀量一般在0.3～0.8mm，進(jìn)給量一般在0.1～0.2mm/r甚至更小，精車時(shí)用盡量高的切削速度，但不宜過(guò)高。合理選擇切削三要素就能減少切削力，從而減少變形。

4 結(jié)語(yǔ)

上文主要是講述了直徑較小的薄壁零件在加工中出現(xiàn)的問(wèn)題及采取的一些措施，如果直徑較大的薄壁零件在加工中還可以利用一些施工圈、輔助支承等工裝夾具。歸根結(jié)底正確掌握薄壁零件的安裝和夾緊，采取軸向夾緊，減少加工中的變形，是解決車削薄壁零件的關(guān)鍵。在實(shí)際加工生產(chǎn)中，由于加工對(duì)象復(fù)雜多樣，特別是輪廓曲線的形狀及位置千差萬(wàn)別，加上材料不同，批量不同等多方面因素的影響，在對(duì)零件制定加工方案時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行具體分析和區(qū)別對(duì)待，靈活處理。只有這樣，才能使制定的加工方案合理，從而達(dá)到高質(zhì)量、高效率和低成本的目的。

參考文獻(xiàn)

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