薄壁零件數(shù)控車加工工藝的探索

朱維旺

摘要：結(jié)合薄壁零件的加工工藝為例進(jìn)行分析，本文概述了數(shù)控車床加工工藝，對(duì)薄壁零件加工精度的影響因素以及數(shù)控車床薄壁零件加工工藝進(jìn)行了探討分析。

關(guān)鍵詞：數(shù)控車床；薄壁零件；加工精度；影響因素；加工工藝

【中圖分類號(hào)】TG519.1

數(shù)控車床加工過程中，加工的零件多種多樣，例如細(xì)長軸、絲杠、輪盤、鍵槽、薄壁、型腔等多種零件，薄壁零件也是較為常見的零件。由于薄壁零件要求精度高，在實(shí)際操作時(shí)會(huì)受到切削力、切削熱、機(jī)床夾具、刀具等多方面的因素干擾，工件易發(fā)生變形。基于此，以下就數(shù)控車床加工工藝進(jìn)行分析。

一、數(shù)控車床加工工藝的概述

數(shù)控車床是一種基于計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)控編程技術(shù)的自動(dòng)化車床，數(shù)控車床加工過程是把加工過程所需的工藝參數(shù)、零件尺寸等用數(shù)字信息表示出來，將數(shù)字信息輸入車床的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)通過相關(guān)的應(yīng)用程序?qū)π畔⑦M(jìn)行加工處理，輸出信號(hào)到驅(qū)動(dòng)單元和執(zhí)行單元，刀具便自動(dòng)車削加工出符合要求的零件。

二、薄壁零件加工精度的影響因素

影響薄壁零件加工精度最大原因是零件的變形。

1、工件裝夾時(shí)造成的變形。工件裝夾時(shí)，首先要選擇正確的夾緊點(diǎn)，然后根據(jù)夾緊點(diǎn)的位置選擇適當(dāng)?shù)膴A緊力。因此盡可能使夾緊點(diǎn)和支撐點(diǎn)一致，使夾緊力作用在支撐上，夾緊點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近加工面，且選擇受力不易引起夾緊變形的位置。其次要增大工件與夾具的接觸面積或采用軸向夾緊力。增加零件的剛性，是解決發(fā)生夾緊變形的有效辦法，但由于薄壁類零件的形狀和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，導(dǎo)致其具有較低的剛性。這樣在裝夾施力的作用下，就會(huì)產(chǎn)生變形。增大工件與夾具的接觸面積，可有效降低工件裝夾時(shí)的變形。

2、工件加工時(shí)造成的變形。工件在切削過程中由于受到切削力的作用，產(chǎn)生向著受力方向的彈性形變，就是我們常說的讓刀現(xiàn)象。應(yīng)對(duì)此類變形在刀具上要采取相應(yīng)的措施，精加工時(shí)要求刀具鋒利，一方面可減少刀具與工件的摩擦所形成的阻力，另一方面可提高刀具切削工件時(shí)的散熱能力，從而減少工件上殘余的內(nèi)應(yīng)力。

3、加工后應(yīng)力變形。加工后，零件本身存在內(nèi)應(yīng)力，這些內(nèi)應(yīng)力分布是一種相對(duì)平衡的狀態(tài)，零件外形相對(duì)穩(wěn)定，但是去除一些材料和熱處理后內(nèi)應(yīng)力發(fā)生變化，這時(shí)工件需要重新達(dá)到力的平衡所以外形就發(fā)生了變化。解決這類變形可以通過熱處理的方法，把需要校直的工件疊成一定高度，采用一定工裝壓緊成平直狀態(tài)，然后把工裝和工件一起放入加熱爐中，根據(jù)零件材料的不同，選擇不同的加熱溫度和加熱時(shí)間。熱校直后，工件內(nèi)部組織穩(wěn)定。此時(shí)，工件不僅得到了較高的直線度，而且加工硬化現(xiàn)象得到消除，更便于零件的進(jìn)一步精加工。鑄件要做到時(shí)效處理，盡量消除內(nèi)部的殘余應(yīng)力，采用變形后再加工的方式，即粗加工-時(shí)效-精加工。對(duì)于大型零件要采用仿形加工，即預(yù)計(jì)工件裝配后的變形量，加工時(shí)在相反的方向預(yù)留出變形量，可有效的防止零件在裝配后的變形。

三、數(shù)控車床薄壁零件加工工藝的分析

1、工件特點(diǎn)分析。（1）主要因?yàn)槭潜”诹慵菁y部分厚度僅有4mm，材料為45號(hào)鋼，批量較大，既要考慮如何保證工件在加工時(shí)的定位精度，又要考慮裝夾方便、可靠，而我們通常都是用三爪卡盤夾持外圓或撐內(nèi)孔的裝夾方法來加工，但此零件較薄，車削受力點(diǎn)與夾緊力作用點(diǎn)相對(duì)較遠(yuǎn)，還需車削M24螺紋，受力很大，剛性不足，容易引起晃動(dòng)，因此要充分考慮如何裝夾定位的問題。（2）螺紋加工部分厚度只有4mm，而且精度要求較高。目前廣州數(shù)控系統(tǒng)GSK980TDa螺紋編程指令有G32、G92、G76。G32是簡單螺紋切削，顯然不適合； G92螺紋切削循環(huán)采用直進(jìn)式進(jìn)刀方式，刀具兩側(cè)刃同時(shí)切削工件，切削力較大，而且排削困難，因此在切削時(shí)，兩切削刃容易磨損。在切削螺距較大的螺紋時(shí)，由于切削深度較大，刀刃磨損較快，從而造成螺紋中徑產(chǎn)生誤差。但由于其加工的牙形精度較高；G76螺紋切削循環(huán)采用斜進(jìn)式進(jìn)刀方式，單側(cè)刀刃切削工件，刀刃容易損傷和磨損，但加工的螺紋面不直，刀尖角發(fā)生變化，而造成牙形精度較差。從以上對(duì)比可以看出，只簡單利用一個(gè)指令進(jìn)行車削螺紋是不夠完善的，采用G92、G76混用進(jìn)行編程，即先用G76進(jìn)行螺紋粗加工，再用G92進(jìn)精加工。

2、優(yōu)化夾具設(shè)計(jì)。由于工件較薄，剛性較差，如果采用常規(guī)方法裝夾工件及切削加工，將會(huì)受到軸向切削力和熱變形的影響，工件會(huì)出現(xiàn)彎曲變形，很難達(dá)到技術(shù)要求。因此，需要設(shè)計(jì)出一套適合上面零件的專用夾具。

3 、合理選擇刀具。（1）內(nèi)鏜孔刀采用機(jī)夾刀，縮短換刀時(shí)間，無需刃磨刀具，具有較好的剛性，能減少振動(dòng)變形和防止產(chǎn)生振紋；（2）外圓粗、精車均選用硬質(zhì)合金90°車刀；（3）螺紋刀選用機(jī)夾刀，刀尖角度標(biāo)準(zhǔn)，磨損時(shí)易于更換。

4、分析工藝過程。

第一、加工步驟：（1）裝夾毛坯15mm長，平端面至加工要求；（2）用Φ18鉆頭鉆通孔，粗、精加工Φ21通孔；（3）粗、精加工Φ48外圓，加工長度大于3mm至尺寸要求；（4）調(diào)頭，利用夾具如圖2所示裝夾，控制總長尺寸35mm平端面；（5）加工螺紋外圓尺寸至Φ23.805；（6）利用G76、G92混合編程進(jìn)行螺紋加工；（7）拆卸工件，完成加工。

第二、切削用量。（1）內(nèi)孔粗車時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速每分鐘500～600轉(zhuǎn)，進(jìn)給速度F0.2～F0.25，留精車余量0.2～0.3mm；（2）內(nèi)孔精車時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速每分鐘1100～1200轉(zhuǎn)，為取得較好的表面粗糙度選用較低的進(jìn)給速度F0.1～F0.15，采用一次走刀加工完成；（3）外圓粗車時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速每分鐘1100～1200轉(zhuǎn)，進(jìn)給速度F0.25～F0.3，留精車余量0.3～0.5mm；（4）外圓精車時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速每分鐘1100～1200轉(zhuǎn)，進(jìn)給速度F0.1～F0.15，采用一次走刀加工完成。

結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，社會(huì)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、性能、精度、效率和品種的要求越來越高，單件與中小批量產(chǎn)品的比重越來越大。傳統(tǒng)的通用、專用機(jī)床和工藝裝備已經(jīng)不能很好地適應(yīng)高質(zhì)量、高效率、多樣化加工的要求。其中數(shù)控車床由于具有高效率、高精度和高柔性的特點(diǎn)，在機(jī)械制造業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用，成為目前應(yīng)用最廣泛的數(shù)控機(jī)床之一。

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