薄壁零件數控車加工工藝的探索

朱維旺

摘要：結合薄壁零件的加工工藝為例進行分析，本文概述了數控車床加工工藝，對薄壁零件加工精度的影響因素以及數控車床薄壁零件加工工藝進行了探討分析。

關鍵詞：數控車床；薄壁零件；加工精度；影響因素；加工工藝

【中圖分類號】TG519.1

數控車床加工過程中，加工的零件多種多樣，例如細長軸、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，在實際操作時會受到切削力、切削熱、機床夾具、刀具等多方面的因素干擾，工件易發生變形。基于此，以下就數控車床加工工藝進行分析。

一、數控車床加工工藝的概述

數控車床是一種基于計算機技術和數控編程技術的自動化車床，數控車床加工過程是把加工過程所需的工藝參數、零件尺寸等用數字信息表示出來，將數字信息輸入車床的控制系統，控制系統通過相關的應用程序對信息進行加工處理，輸出信號到驅動單元和執行單元，刀具便自動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、工件裝夾時造成的變形。工件裝夾時，首先要選擇正確的夾緊點，然后根據夾緊點的位置選擇適當的夾緊力。因此盡可能使夾緊點和支撐點一致，使夾緊力作用在支撐上，夾緊點應盡可能靠近加工面，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，是解決發生夾緊變形的有效辦法，但由于薄壁類零件的形狀和結構的特點，導致其具有較低的剛性。這樣在裝夾施力的作用下，就會產生變形。增大工件與夾具的接觸面積，可有效降低工件裝夾時的變形。

2、工件加工時造成的變形。工件在切削過程中由于受到切削力的作用，產生向著受力方向的彈性形變，就是我們常說的讓刀現象。應對此類變形在刀具上要采取相應的措施，精加工時要求刀具鋒利，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的散熱能力，從而減少工件上殘余的內應力。

3、加工后應力變形。加工后，零件本身存在內應力，這些內應力分布是一種相對平衡的狀態，零件外形相對穩定，但是去除一些材料和熱處理后內應力發生變化，這時工件需要重新達到力的平衡所以外形就發生了變化。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，然后把工裝和工件一起放入加熱爐中，根據零件材料的不同，選擇不同的加熱溫度和加熱時間。熱校直后，工件內部組織穩定。此時，工件不僅得到了較高的直線度，而且加工硬化現象得到消除，更便于零件的進一步精加工。鑄件要做到時效處理，盡量消除內部的殘余應力，采用變形后再加工的方式，即粗加工-時效-精加工。對于大型零件要采用仿形加工，即預計工件裝配后的變形量，加工時在相反的方向預留出變形量，可有效的防止零件在裝配后的變形。

三、數控車床薄壁零件加工工藝的分析

1、工件特點分析。（1）主要因為是薄壁零件，螺紋部分厚度僅有4mm，材料為45號鋼，批量較大，既要考慮如何保證工件在加工時的定位精度，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孔的裝夾方法來加工，但此零件較薄，車削受力點與夾緊力作用點相對較遠，還需車削M24螺紋，受力很大，剛性不足，容易引起晃動，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。目前廣州數控系統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螺紋切削循環采用直進式進刀方式，刀具兩側刃同時切削工件，切削力較大，而且排削困難，因此在切削時，兩切削刃容易磨損。在切削螺距較大的螺紋時，由于切削深度較大，刀刃磨損較快，從而造成螺紋中徑產生誤差。但由于其加工的牙形精度較高；G76螺紋切削循環采用斜進式進刀方式，單側刀刃切削工件，刀刃容易損傷和磨損，但加工的螺紋面不直，刀尖角發生變化，而造成牙形精度較差。從以上對比可以看出，只簡單利用一個指令進行車削螺紋是不夠完善的，采用G92、G76混用進行編程，即先用G76進行螺紋粗加工，再用G92進精加工。

2、優化夾具設計。由于工件較薄，剛性較差，如果采用常規方法裝夾工件及切削加工，將會受到軸向切削力和熱變形的影響，工件會出現彎曲變形，很難達到技術要求。因此，需要設計出一套適合上面零件的專用夾具。

3 、合理選擇刀具。（1）內鏜孔刀采用機夾刀，縮短換刀時間，無需刃磨刀具，具有較好的剛性，能減少振動變形和防止產生振紋；（2）外圓粗、精車均選用硬質合金90°車刀；（3）螺紋刀選用機夾刀，刀尖角度標準，磨損時易于更換。

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混合編程進行螺紋加工；（7）拆卸工件，完成加工。

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

結束語

隨著科學技術的飛速發展，社會對機械產品的結構、性能、精度、效率和品種的要求越來越高，單件與中小批量產品的比重越來越大。傳統的通用、專用機床和工藝裝備已經不能很好地適應高質量、高效率、多樣化加工的要求。其中數控車床由于具有高效率、高精度和高柔性的特點，在機械制造業中得到日益廣泛的應用，成為目前應用最廣泛的數控機床之一。

參考文獻

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