數(shù)控車床車削大直徑薄壁零件方法探析

孫 凱 于 旻

（陜西科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，西安 710021）

1 大直徑薄壁零件概述

某減速器上軸承襯套，是一種典型的大直徑薄壁零件。如圖1所示。

圖1 大直徑薄壁零件

薄壁零件由于自身結(jié)構(gòu)剛性差、強(qiáng)度弱，在車削加工中易產(chǎn)生振動(dòng)及變形；夾緊力和切削力不均會(huì)造成零件形變；在車削零件中產(chǎn)生的熱能也容易使工件熱變形[1]。這些都是導(dǎo)致薄壁零件的加工精度不高的因素。在該零件生產(chǎn)制造過程中，通過工件定位與輔助夾具設(shè)計(jì)、制定合理可行的加工工藝、選用優(yōu)良刀具和切削用量、優(yōu)化刀具切削軌跡及程序等眾多措施，減少使薄壁零件在車削中易振動(dòng)和變形的因素，有效提高零件的加工精度與加工效率。

2 零件工藝分析及制定

從零件圖紙技術(shù)要求及結(jié)構(gòu)形狀來分析，此零件的加工難度是確保內(nèi)、外圓的圓度與同軸度、各端面與軸線的垂直度等達(dá)到技術(shù)要求。零件毛坯料為45號(hào)鋼，Ф210mm×150mm的實(shí)心棒材。切削工藝安排粗加工、半精加工、精加工多道工序，使用普通車床進(jìn)行粗加工和半精加工[2]，通過增加半精加工這一道工序，能夠有效減小粗加工切削力和夾緊力較大、切削溫度較高所引起的工件變形及內(nèi)應(yīng)力。精車使用廣數(shù)G210數(shù)控車床切削加工，應(yīng)用自制臺(tái)階軟爪安裝工件，精車內(nèi)、外徑及端面，而后使用軟爪撐內(nèi)孔安裝方式定位零件，完成后續(xù)工步制成成品。通過上述精車加工，滿足了先內(nèi)后外與在一次裝夾內(nèi)完成切削任務(wù)的工藝原則[3]，有效減少零件因重復(fù)裝夾與定位所產(chǎn)生的工藝基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)的偏差。

3 工件定位與裝夾設(shè)計(jì)

廣數(shù)G210數(shù)控車床采用液壓卡盤裝夾工件，因液壓卡盤的卡爪夾緊力大、接觸面小，容易使零件產(chǎn)生變形。筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)扇形臺(tái)階式軟爪，如圖2所示，精車工件之前，把軟爪安裝到卡盤上，采用“自干自”精密車削軟爪之后，軟爪精度值大幅度提高，軟爪夾持零件最大外徑處，就可完成在一次裝夾中車削零件內(nèi)、外直徑與端面的工序，這樣確保工件裝夾定位精度。軟爪形狀制作成扇形是為了增大與工件的接觸面，可使軟爪夾緊力均勻分布在工件外表面，能夠有效降低零件受三點(diǎn)應(yīng)力集中產(chǎn)生的形變[4]。

圖2 扇形階臺(tái)軟爪

4 刀具和切削用量的優(yōu)化

刀具優(yōu)良的幾何角度可以提高加工精度，合理選擇切削用量有利于提高加工效率。刀具主要選用機(jī)夾車刀，如表1所示，選用95°外徑車刀，因刀具前角、主偏角較大，切削性能好，不易使工件產(chǎn)生振動(dòng)與變形。內(nèi)孔刀具選擇刀尖圓角半徑為0.2mm，使刀尖圓弧及修光刃長度減小，這樣可降低軸向切削力，不易使工件產(chǎn)生軸向跳動(dòng)。車削內(nèi)孔為防止積屑造成刀具加屑而形成的刀具讓刀現(xiàn)象，可選擇斷屑性能好的涂層刀片[5]進(jìn)行加工。車削中還可通過加注乳化油類冷卻液對(duì)零件進(jìn)行降溫，進(jìn)而減少零件因熱能產(chǎn)生的形變。

表1 刀具參數(shù)

為降低零件加工中的切削力，精車薄壁零件時(shí)切削用量不宜選用過大，減少因刀具剛性不足而產(chǎn)生的讓刀的現(xiàn)象[6]，從而提高工件內(nèi)表面加工精度值。精加工零件時(shí)，削用量應(yīng)選用較低的主軸轉(zhuǎn)速在240～450r/min，背吃刀量在0.1～0.2mm，進(jìn)給量在0.05～0.2mm/r，這樣的切削用量值，車削出的零件變形小、精度值高。

5 刀具車削軌跡與程序的選用

規(guī)劃走刀路徑及合理選用程序指令，可以有效減小切削零件中的切削力。工件裝夾在卡盤上后，會(huì)形成懸伸結(jié)構(gòu)狀態(tài)[7]，在加工零件端面時(shí)，若選擇從小徑向大徑方向的走刀路線，會(huì)增大車削工件上的徑向力，進(jìn)而引發(fā)車削端面時(shí)的振顫，使薄壁零件在端面及結(jié)合部產(chǎn)生變形[8]。若采用走刀路線從法向進(jìn)刀來車削端面，并應(yīng)用恒線速度功能指令——G96 S，可大幅度降低車削端面時(shí)的切削力，從而確保端面與外徑的形位精度及粗糙度值。

6 結(jié)語

憑借數(shù)控車床的高精度和高效率性能，通過制定合理的數(shù)控加工工藝，應(yīng)用簡單可靠的輔助夾具，選擇適合的機(jī)夾刀具，就可有效減少薄壁零件在車削過程中產(chǎn)生的變形，從而有效地提高了零件加工精度與質(zhì)量。

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