用彈性夾具車削薄壁類零件

方毅飛

薄壁套類零件因重量輕、材耗少、成本低、拆裝方便而廣泛應用。但是，在車削加工中，容易引起熱變形、產生振動和變形，影響工件的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度。通過采用專用彈性夾具，車削時合理的選擇刀具和切削用量等措施，克服了這一難題。

薄壁零件也叫薄殼零件，這類零件的壁厚和它的徑向或軸向尺寸比較相差懸殊，一般為幾十倍或上百倍，因此工件的剛度較弱，在車削加工中，容易引起熱變形、產生振動和變形，影響工件的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度。薄壁類零件內、外圓的直徑差很小，軸向尺寸大于徑向尺寸，這類零件一般對孔的圓度、圓柱度、各圓柱表面的同軸度、孔軸線的直線度等都有嚴格要求，滿足這些要求也是比較困難的。

一、車削薄壁零件產生的主要問題

在車削薄壁零件過程中，產生疵病的原因很多，其中主要有：

工件裝夾不當產生變形在三爪卡盤上夾緊薄壁零件外圓，當卡爪夾緊工件時，工件與卡爪接觸的部位產生彈性變形，以致工件孔徑最終呈現橢圓狀等不規則形狀。

相對位置調整不準產生壁厚不均，工件、夾具、刀具與機床主軸旋轉中心的相對位置調整不準，引起工件幾何形狀變化和壁厚不均勻。

加工部位伸出過長產生變形和振動薄壁件加工部位伸出過長，工件的剛性差，在車削過程中工件受切削力的影響產生變形和振動，很難車出正確的幾何形狀和較高的表面光潔度。

刀具選用不合理影響精度和表面光潔度，精車薄壁零件的孔時，刀桿的剛度要強，刀具磨損大，易產生圓度誤差，工件不易得到滿意的幾何精度和表面光潔度。

工件受切削熱的影響產生變形，對一些線膨脹系數較大的金屬薄壁件來說，半精車和精車在一次裝夾中連續車削所產生的切削熱對它的尺寸精度影響極大，甚至還會使工件卡死在夾具上拿不下來。

為克服以上車削疵病，提高此類零件的加工質量，特設計了一套彈性夾具，利用彈性可漲心軸的原理，確保零件的加工質量。

二、夾具的整體結構及其作用

該夾具由心軸1、兩個定位銷2、開口彈性套3、錐度定位套5、卡板6、開口墊片7、螺母8組成（如圖1所示）。其中心軸1和錐度定位套5按照圖示用定位銷2固定在一起后，配磨錐度定位套5的錐度外圓，以確保次外圓與心軸1的同軸度精度。將開口彈性套4安裝在錐度定位套上，使其漲開后，配磨開口彈[生套4的外圓，此配磨方法可有效提高夾具上三個零件的配合精度，從而使夾具的整體定位精度得到有效保證。使用夾具時，將工件內孔與彈性套4的外圓酉己合，在心軸上安裝卡板6，鎖緊螺母8，是使卡板6沿心軸1軸向移動，推動開口彈性套4沿錐度定位套5的錐面移動使其漲開，從而起到將工件準確定位并均勻緊固的作用，由于彈性夾具實現了夾具與工件之間的無間隙配合，杜絕了工件采用裝備或心軸出現的定位精度低及裝夾變形的情況，有效提高了工件的裝夾精度。安裝完工件后，機床兩頂尖與心軸1兩側B3中心孔配合，上撥盤，即可車削工件。

三、夾具主要零件的結構特點和使用方法

該夾具的設計關鍵是開口彈性套、錐度定位套的結構設計，開口彈性套和錐度定位套的結構如圖2、圖3所示，為確保彈性套能夠富有彈性，易利于收縮和松開，該彈性套上的開口設計成如圖的“錯開式”結構，所有開口位置為沿圓周均布，開口數量為6?8條（對稱各3?4條）。開口彈性套和錐度定位套的配合采用1：72的錐度，這既可以有效保證彈性套能迅速漲開和收縮，又能減小漲套過大變形給工件定位精度帶來的不利影響，并使漲套在撐開時與工件和心軸表面有良好的接觸。為提高彈性套的使用壽命，彈性套采用65Mn材料制造，經淬火處理后，硬度可達到HRC55—58，然后與錐度定位套配磨。裝配完工件的夾具系統由于采用兩頂尖方式固定在機床上，其重心就會在夾具上的中間部位，在車削過程中由于主軸帶動夾具和工件高速旋轉就會產生一定的離心力，勢必影響到工件的加工精度，而該離心力的大小與整個夾具系統的重量成正比，因此，為減小加工過程由于高速旋轉而產生的離心力，就應盡量減輕夾具重量，特別是錐度定位套的重量，具體方法是在保證錐度定位套剛度的前提下，將其上一些無用部位盡量挖空，已達到減重的目的。定位套材料選用45號鋼，調質處理后，其外圓與心軸進行配磨。

四、用彈性夾具車削薄壁零件時，應注意的事項

1、切削用量的適度選取

薄壁零件車削時變形是多方面的，裝夾工件時的夾緊力，切削工件時的切削力，工件阻遏刀具切削時產生的彈性變形和塑性變形，使切削區溫度升高而產生的熱變形。切削力的大小與切削用量密切相關，從金屬切削原理上可以知道：背吃刀量、進給量、切削速度是切削用量的三個要素，在實踐中發現：

背吃刀量和進給量同時增大，切削力也增大，變形大，帶車削薄壁零件極為不利。減少背吃刀量，增大進給量，切削力雖然有所下降，但工件表面殘余面積增大，便面粗糙度值大，使強度不好的薄壁零件的內應力增加，同樣也會導致零件的變形。

因此，粗加工時，背吃刀量和進給量可以取大一些；精加工時，背吃刀量一般在0.2?0.5mm，進給量一般在0.1?0.2mm/r，甚至更小，切削速度60?120m/min，精車時用較高的切削速度，但不宜過高。合理選用三要素就能見效切削力。從而降低變形量。

2、刀具幾何角度的介理選用

在薄壁零件的車削中，合理的刀具幾何角度對車削中切削力的大小、車削中產生的熱變形、工件表面的微觀質量都是至關重要的。

刀具前角的選用 刀具前角大小，決定著切削變形與刀具的鋒利程度。前角大，切削變形和摩擦力見效，切削力切削力減小，但前角太大，刀具強度就會較弱，刀具的散熱情況就差，磨損相應就會加快。所以，一般車削鋼件材料的薄壁零件時，用高速鋼刀具，前角取6°?30'用硬質合金刀具，前角取5°?20°。

刀具的后角的選用 刀具的后角大，摩擦力小，切削力也相應減小，但后角過大也會使刀具強度減弱。在車削薄壁零件時，用高速鋼車刀，刀具的后角取60?12°，用硬質合金刀具，后角取4°?12°，精車時取較大的后角，粗車時取較小的后角。

刀具主偏角的選用 主偏角在30°?90°范圍內，車薄壁零件的內外圓時，取較大的主偏角。副偏角取8°?15°，精車時取較大的副偏角，粗車時取較小的副偏角。

3、切削液對加工質量的影響

在車削過程中充分使用切削液，不僅可以減小切削力，使刀具的耐用度得到提高，工件表面粗糙度值降低。同時工件也會因其不受切削熱影響，而使它的加工尺寸和幾何精度不再發生變化，從而保證零件的加工質量。

用高速鋼刀具粗加工時，以水溶液冷卻，主要是為了降低切削溫度；中低速精加工時，選用潤滑性能好的切削液或高濃度的乳化液，主要是改善以加工表面的質量和提高刀具的使用壽命；用硬質合金刀具粗車加工時，可以不用切削液，必要時也可以采用低濃度的乳化液或水溶液，但必須是連續地、充分地澆注。精加工時，采用的切削液與粗加工時基本上相同，但應適當提高其潤滑性能。

實踐證明，此車夾具有結構簡單、定位可靠、拆裝方便、工件加工合格率高、使用壽命長的特點，完全可以保證薄壁零件的車削加工精度。