薄壁深孔零件在臥式數控車床上的加工方法

張維萍

[摘 要]工業中廣泛使用薄壁件，尤其航空工業更是廣泛應用，但是由于其加工工藝性差，在切削力、殘余應力、切削熱、夾緊力等因素影響下，薄壁件易出現變形，不易控制加工精度。通過分析薄壁件加工過程中引起變形的因素，改變工件的夾緊方式和定位基準，設計制作工件并加工驗證，得出加工薄壁件的合理工藝安排，可以解決工件變形問題，從而保證加工質量，提高加工效率。

[關鍵詞]薄壁深孔；零件；臥式數控車床；加工

[中圖分類號] G71 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-6058（2018）21-0086-03

一、薄壁深孔零件的加工特點

在車削薄壁深孔零件的過程中，可能產生以下現象：

1.工件壁薄，在夾緊力的作用下易產生變形。當用三爪卡盤夾緊工件加工內孔時，在夾緊力的作用下，工件會略變成三角形，但車孔后得到的是一個圓柱孔。當松開卡爪，取下工件后，由于彈性變形恢復，外圓恢復成圓柱形，而內孔則變成弧形三角形。當用千分尺測量時，各個方向直徑相等，但已變形不是內圓柱面了，這種現象稱為等直徑變形。

2.工件壁薄，切削熱會引起工件熱變形。對于線膨脹系數較大的金屬薄壁工件，若在一次安裝中連續完成半精車和精車，這種熱變形會嚴重影響其尺寸精度，甚至會導致工件卡死在夾具上。

3.因切削力作用，工件易產生振動和變形，從而影響工件的形狀、尺寸和表面質量。

二、減少和防止薄壁深孔零件加工變形的方法

1.合理選擇刀具的幾何角度。車削薄壁零件時，刀具幾何角度對切削力的大小、熱變形、工件表面質量都有著極大的影響。刀具前角大小，決定著切削變形與刀具前角的鋒利程度。若前角大，則切削變形、摩擦力和切削力減小，但前角太大會使刀具的楔角減小，刀具強度減弱，刀具散熱情況差，磨損加快；若后角大，則摩擦力小，切削力也減小，但后角過大會使刀具強度減弱。

2.加工方法。粗車時，因切削余量較大，夾緊力和變形相對較大；精車時，夾緊力應小些，以消除粗車時因切削力過大而產生的變形。

3.增大裝夾接觸面積。為了使夾緊力在工件上均勻分布，使工件夾緊時不易產生變形，可采用開縫套筒或一些特別的軟卡爪，以增大接觸面。

4.夾緊方法。車薄壁工件時，為了避免產生夾緊變形，優先選用軸向夾緊的方法，使工件靠軸向夾緊套的端面實現軸向夾緊，讓夾緊力F沿工件軸向分布。

5.合理確定切削用量。切削力的大小與切削用量密切相關，切削用量三要素是背吃刀量ap，進給量f，切削速度v。若增大背吃刀量和進給量，切削力和變形逐漸增大，導致薄壁零件車削起來越發困難；若減小背吃刀量，增大進給量，切削力下降，使工件表面殘余內應力增大，仍導致零件出現變形。因此，粗車時，背吃刀量和進給量可稍取大些；精車時，背吃刀量應控制在0.1～0.2mm/r，切削速度6～120m/min。只要合理確定這三要素，便可減少工件的熱變形。

6.增加工藝肋，為增強薄壁深孔工件在其裝夾部位的剛性，可在其裝夾部位特制幾根工藝肋，使夾緊力作用在工藝肋上，以減少工件的變形。加工完畢后，再去掉工藝肋。

例如，某零件是LF3M材料，其壁厚在1.5mm，材料為軟鋁，要是稍微不注意，就會引起加工誤差，或者直接報廢，因此加工難度比較大，屬于比較難加工的薄壁深孔零件，在其加工過程中要運用到薄壁深孔零件加工的一些基本技巧。下面就以此零件為例分析薄壁深孔零件的加工過程以及加工過程中應注意的事項。

[工序一]由于來的材料是棒料Φ107*204，因此首先要確定加工基準，見圖1。由于此工序是粗加工工序，所以車削時可以采用較大的背吃刀量和較大的切削速度。

[工序二]調頭夾Φ60圓，平端面，車外圓，見圖2。該工序同樣是粗車，與工序一的車削選用同樣的參數。

[工序三]由于所需鉆的孔太長，為了方便加工，所以鉆孔工序單獨加工，見圖3。

[工序四]粗車內型面，見圖4。加工此工序時要用開縫套筒，或者接觸面比較大的軟爪裝夾，這樣就能增大接觸面積，在粗車完成后，零件的變形量相對減少，利于精車的加工。

[工序五]精車內型面，同時車外圓跟外螺紋，見圖5。加工此工序時要用接觸面積比較大的軟爪，選擇刀具時要選擇鋒利一點的，刀尖半徑小一點的。夾緊零件時用力要適中，防止加工完成后，卸下零件時，零件發生變形。

[工序六]車外型跟環形槽，見圖6。（注：用心軸加工此工序）

對于以上的加工方法要注意以下幾個方面：

1.在工序四中，加工內型面時由于內型面比較長，對于刀具的選擇應盡量選擇刀桿粗的，這樣能減小車削時的震動。

2.在工序五中，精車內型面時夾緊力要調到最小，加工的時候要低轉速慢進給，刀具要選擇鋒利一點的，刀尖半徑小一點的，圓爪要盡量用大一點的，使接觸面積盡量增大，防止變形。

3.在工序中最重要的是心軸的制作，下面對于制作心軸的方法以及注意事項進行介紹。

制作定位心軸最好采用碳鋼。在此選用45號優質碳鋼來進行心軸的制作。

制作方法如下：

（1）車定位面，以及M27*1.5的螺紋。如圖7。

（2）裝夾找正后，車階梯軸，跟M33*1.5-L螺紋。如圖8。

（3）車心軸與零件連接的螺母。如圖9。

（4）車心軸的圓弧部分，如圖10。此部分車削時先加工螺紋部分，然后與圖8的螺紋部分配合之后再將R51.23跟R70.23車削完成，這樣能保證心軸的同軸度。

本自制夾具中應注意M33*1.5的螺紋要用左旋螺紋。為了方便裝夾，最好用多頭螺紋，這樣裝卸速度加快，在使用本夾具之前要用百分表找正，由于該零件比較長，所以在用該心軸時為了加強剛性，零件裝夾完成后用尾座頂尖頂住心軸，使其有較好的剛性。如圖11、 圖12所示。

本文闡述了薄壁深孔零件在臥式數控車床上的加工方法，主要圍繞其加工特點、減少和防止加工變形的方法、加工難點分析以及數控車削薄壁件參數的選擇這幾個方面進行闡述，最終確定了薄壁深孔件的加工工藝及相關的注意事項。經實踐證明，該加工工藝切實可行，能保證薄壁組合件的技術要求和裝配質量都滿足圖紙要求。

（責任編輯 周侯辰）