淺談薄壁零件數(shù)控車工加工工藝

王玉新

摘要：新世紀(jì)是提倡節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境的時代。薄壁零件以重量輕、節(jié)約材料和結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點在各個行業(yè)得以廣泛應(yīng)用。然而薄壁零件由于其剛性差和強度弱，在機械加工中很容易變形，導(dǎo)致加工精度難以確保。

關(guān)鍵詞：薄壁零件;數(shù)控車工;加工工藝

前言

文章將詳細(xì)分析薄壁零件的工藝特點以及影響加工精度的因數(shù)。通過實例分析講解了優(yōu)化零件結(jié)構(gòu)、工藝設(shè)計、工裝、刀具幾何角度、切削參數(shù)等方面知識，進(jìn)而確保了薄壁零件的數(shù)控加工精度。

1.影響薄壁零件數(shù)控加工精度的因素

1.1工件的裝夾工藝產(chǎn)生的變形

無論哪種裝夾方式薄壁零件的裝夾工藝問題都是制造過程中的首要條件，由于薄壁零件自身的結(jié)構(gòu)特點，如果夾緊力支撐點選擇不當(dāng)容易引起彈性變形從而影響到零件的形狀精度、尺寸精度、位置精度。此外，在加工過程中夾緊力與切削力之間力的波動效應(yīng)產(chǎn)出耦合作用，引起殘余應(yīng)力的分布。所以工件的裝夾的工藝是引起零件變形不可忽視的一個重要原因。

1.2加工過程中刀具對工件的作用產(chǎn)生的變形

加工過程中刀具對工件的作用產(chǎn)生的變形主要表現(xiàn)在兩個方面首先是切削熱，在加工過程中克服材料的彈性變形，塑性變形和刀具與工件之間的摩擦所做的功，大部分轉(zhuǎn)化為切屑熱造成各部位溫度不均勻，使之產(chǎn)生變形。其次是切削力，切削力不僅會引起零件的回彈變形而且還會因為切削力過大，超過零件的彈性極限會引起擠壓變形。同時在切削力的作用下容易產(chǎn)生振動，從而影響到加工精度。此外刀具的幾何角度以及切削用量的合理選擇、走刀路徑、機床的剛度以及零件的冷卻等都會對精度產(chǎn)生影響。

2.如何提高薄壁零件的數(shù)控加工精度

2.1改善零件結(jié)構(gòu)的工藝性提高零件的剛性

對于薄壁零件，增加工藝筋條以增強剛性，或者通過在型腔內(nèi)加膜胎還可以通過填充石蠟、低熔點的合金等方法來增加零件的剛性，使之減少變形。

2.2優(yōu)化裝夾工藝方案

不同的零件結(jié)構(gòu)和加工方法對應(yīng)不同的裝夾工藝。在已有的裝夾工藝的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行改進(jìn)，優(yōu)化設(shè)計是裝夾工藝優(yōu)化的基本方法。其實裝夾工藝優(yōu)化的根本目的就是對加工的零件施加應(yīng)力提高加工時的剛性來抵抗變形。可采用固裝裝夾技術(shù)。還可以采用電磁吸盤、開口過度環(huán)、專用夾具、心軸、軟爪等專用夾具在避免裝夾變形來帶的精度影響

2.3合理選擇刀具以及切削用量

合理的選擇刀具的材料以及刀具的幾何角度對于薄壁零件的加工時非常重要的直接影響到切削力的大小以及切削熱。

前角大，切削力和摩擦力減小，但前角過大會使刀具強度減弱，散熱慢。一般車削鋼材料的薄壁零件時用高速鋼刀，前角取5°～25°，用硬質(zhì)合金刀具，前角取10°～20°。

后角大，切削力和摩擦力減小，但后角過大會使刀具強度減弱。一般車削鋼材料的薄壁零件時用高速鋼刀，后角取5°～10°，用硬質(zhì)合金刀具，后角取4°～8°。粗車時取較小的后角，精車時取較大的后角。

主偏角在40°～90°，副偏角取10°～15°粗車時取較大的副偏角，精車時取較小的副偏角。

切削用量在我們實驗中發(fā)現(xiàn)：如果同時增大背吃刀量和進(jìn)給量，切削力也就增大，變形也增加，如果增大進(jìn)給量，較小背吃刀量會導(dǎo)致表面粗糙，內(nèi)應(yīng)力也增大。所以通過大量的實驗得出了數(shù)控車削合理的車削用量。

粗車外圓時，一般主軸轉(zhuǎn)速S取500～800r/min，進(jìn)給速度F取100～120留精加工余量0.1～0.3mm.精車外圓時，一般主軸轉(zhuǎn)速S取1500～2000r/min，進(jìn)給速度F取120～150采用一次走刀完成。

2.4制定合理的數(shù)控加工工藝方案

要提高薄壁零件的數(shù)控加工精度必須制定和加工工藝方案首先認(rèn)真的對零件圖紙進(jìn)行分析、合理的選擇加工順序、加工位置、工序的劃分、走刀路徑以及余量分配等。此外可以利用數(shù)控機床的特點采用數(shù)控高速切削加工，在高速切削加工中90%的切削熱都被切削帶走。減少零件的熱變形從而提高零件的加工精度。

3.薄壁零件數(shù)控車工加工的內(nèi)外螺紋

目前數(shù)控車床對外加工中圖1所示的零件是難度系數(shù)比較大的，從圖1的材料以及要求我們可以看出，圖1零件的加工難度有兩方面，第一，零件為薄壁零件，所以它的部分螺紋只有2mm的厚度，45號鋼為原材料，生產(chǎn)批量比較多。第二，零件為薄壁零件，所以它的部分螺紋只有2mm的厚度，并且零件精度比較高，波比螺紋加工的編程一般采取G76與G92的聯(lián)合方法，也就是說螺紋切削需要先用G76斜進(jìn)式進(jìn)刀進(jìn)行粗加工，然后在用螺紋切削G92循環(huán)直進(jìn)刀進(jìn)行精加工。這種方式的加工不僅可以有效的對螺紋加工精度進(jìn)行保證，還可以有效的避免切削量過大導(dǎo)致的薄壁變形。

3.1夾具設(shè)計的優(yōu)化

薄壁零件的相對重量比較輕、強度比較低以及剛性比較差，使得薄壁零件的常規(guī)裝夾方法給工件造成因為熱變形和軸向切削力引起的彎曲、變形，為了改這一現(xiàn)狀就必須擁有專用的加工夾具。圖2所示的是設(shè)計出來的夾具，其中夾具主題是選用45號鋼材，58mm處為夾持直徑左端，而10×25的孔在右端，同時對螺紋孔M12×1.5用攻絲方法進(jìn)行加工，加工出20mm的螺紋深度。薄壁工件內(nèi)孔中M56×1.5、58和夾具中被夾持的右端外圓相互配合、相互對應(yīng)，成功的讓工件在夾具中擁有傳遞切削力以及定位。

3.2加工步驟

薄壁零件的加工步驟一共有七步，第一，30mm長的裝夾毛坯，從平端面一直到加工要求;第二，中心孔的鉆取，主要采用鉆通孔26號鉆頭，并用38號鉆頭進(jìn)行鉆孔的擴(kuò)張，一直達(dá)到35深;第三，切削循環(huán)的G73封閉方法，先用G73斜進(jìn)式進(jìn)刀進(jìn)行粗加工，然后在用螺紋切削G73循環(huán)直進(jìn)刀進(jìn)行精加工;第四，把部分的內(nèi)螺紋進(jìn)行加工，加工方法為內(nèi)螺紋車刀，加工一直到復(fù)合尺寸才算完成;第五，掉頭，通過夾具來進(jìn)行裝夾，并且把平端面總長控制在53mm左右;第六，R12為車外圓弧，62為外圓柱，61.85為外螺紋地徑;第七，螺紋切削需要先用G76斜進(jìn)式進(jìn)刀進(jìn)行粗加工，然后在用螺紋切削G92循環(huán)直進(jìn)刀進(jìn)行精加工。

4.結(jié)束語

本文介紹了影響薄壁零件數(shù)控加工精度的因素。通過實際的加工以及實驗淺談了以上提高薄壁零件數(shù)控加工精度的工藝措施。希望能夠減輕勞動者的勞動強度，在保證加工質(zhì)量的情況下提高生產(chǎn)效率。

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