淺談薄壁零件數(shù)控車工加工工藝

王玉新

摘要：新世紀(jì)是提倡節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境的時(shí)代。薄壁零件以重量輕、節(jié)約材料和結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)在各個(gè)行業(yè)得以廣泛應(yīng)用。然而薄壁零件由于其剛性差和強(qiáng)度弱，在機(jī)械加工中很容易變形，導(dǎo)致加工精度難以確保。

關(guān)鍵詞：薄壁零件;數(shù)控車工;加工工藝

前言

文章將詳細(xì)分析薄壁零件的工藝特點(diǎn)以及影響加工精度的因數(shù)。通過(guò)實(shí)例分析講解了優(yōu)化零件結(jié)構(gòu)、工藝設(shè)計(jì)、工裝、刀具幾何角度、切削參數(shù)等方面知識(shí)，進(jìn)而確保了薄壁零件的數(shù)控加工精度。

1.影響薄壁零件數(shù)控加工精度的因素

1.1工件的裝夾工藝產(chǎn)生的變形

無(wú)論哪種裝夾方式薄壁零件的裝夾工藝問(wèn)題都是制造過(guò)程中的首要條件，由于薄壁零件自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，如果夾緊力支撐點(diǎn)選擇不當(dāng)容易引起彈性變形從而影響到零件的形狀精度、尺寸精度、位置精度。此外，在加工過(guò)程中夾緊力與切削力之間力的波動(dòng)效應(yīng)產(chǎn)出耦合作用，引起殘余應(yīng)力的分布。所以工件的裝夾的工藝是引起零件變形不可忽視的一個(gè)重要原因。

1.2加工過(guò)程中刀具對(duì)工件的作用產(chǎn)生的變形

加工過(guò)程中刀具對(duì)工件的作用產(chǎn)生的變形主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面首先是切削熱，在加工過(guò)程中克服材料的彈性變形，塑性變形和刀具與工件之間的摩擦所做的功，大部分轉(zhuǎn)化為切屑熱造成各部位溫度不均勻，使之產(chǎn)生變形。其次是切削力，切削力不僅會(huì)引起零件的回彈變形而且還會(huì)因?yàn)榍邢髁^(guò)大，超過(guò)零件的彈性極限會(huì)引起擠壓變形。同時(shí)在切削力的作用下容易產(chǎn)生振動(dòng)，從而影響到加工精度。此外刀具的幾何角度以及切削用量的合理選擇、走刀路徑、機(jī)床的剛度以及零件的冷卻等都會(huì)對(duì)精度產(chǎn)生影響。

2.如何提高薄壁零件的數(shù)控加工精度

2.1改善零件結(jié)構(gòu)的工藝性提高零件的剛性

對(duì)于薄壁零件，增加工藝筋條以增強(qiáng)剛性，或者通過(guò)在型腔內(nèi)加膜胎還可以通過(guò)填充石蠟、低熔點(diǎn)的合金等方法來(lái)增加零件的剛性，使之減少變形。

2.2優(yōu)化裝夾工藝方案

不同的零件結(jié)構(gòu)和加工方法對(duì)應(yīng)不同的裝夾工藝。在已有的裝夾工藝的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)是裝夾工藝優(yōu)化的基本方法。其實(shí)裝夾工藝優(yōu)化的根本目的就是對(duì)加工的零件施加應(yīng)力提高加工時(shí)的剛性來(lái)抵抗變形?？刹捎霉萄b裝夾技術(shù)。還可以采用電磁吸盤、開口過(guò)度環(huán)、專用夾具、心軸、軟爪等專用夾具在避免裝夾變形來(lái)帶的精度影響

2.3合理選擇刀具以及切削用量

合理的選擇刀具的材料以及刀具的幾何角度對(duì)于薄壁零件的加工時(shí)非常重要的直接影響到切削力的大小以及切削熱。

前角大，切削力和摩擦力減小，但前角過(guò)大會(huì)使刀具強(qiáng)度減弱，散熱慢。一般車削鋼材料的薄壁零件時(shí)用高速鋼刀，前角取5°～25°，用硬質(zhì)合金刀具，前角取10°～20°。

后角大，切削力和摩擦力減小，但后角過(guò)大會(huì)使刀具強(qiáng)度減弱。一般車削鋼材料的薄壁零件時(shí)用高速鋼刀，后角取5°～10°，用硬質(zhì)合金刀具，后角取4°～8°。粗車時(shí)取較小的后角，精車時(shí)取較大的后角。

主偏角在40°～90°，副偏角取10°～15°粗車時(shí)取較大的副偏角，精車時(shí)取較小的副偏角。

切削用量在我們實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：如果同時(shí)增大背吃刀量和進(jìn)給量，切削力也就增大，變形也增加，如果增大進(jìn)給量，較小背吃刀量會(huì)導(dǎo)致表面粗糙，內(nèi)應(yīng)力也增大。所以通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)得出了數(shù)控車削合理的車削用量。

粗車外圓時(shí)，一般主軸轉(zhuǎn)速S取500～800r/min，進(jìn)給速度F取100～120留精加工余量0.1～0.3mm.精車外圓時(shí)，一般主軸轉(zhuǎn)速S取1500～2000r/min，進(jìn)給速度F取120～150采用一次走刀完成。

2.4制定合理的數(shù)控加工工藝方案

要提高薄壁零件的數(shù)控加工精度必須制定和加工工藝方案首先認(rèn)真的對(duì)零件圖紙進(jìn)行分析、合理的選擇加工順序、加工位置、工序的劃分、走刀路徑以及余量分配等。此外可以利用數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)采用數(shù)控高速切削加工，在高速切削加工中90%的切削熱都被切削帶走。減少零件的熱變形從而提高零件的加工精度。

3.薄壁零件數(shù)控車工加工的內(nèi)外螺紋

目前數(shù)控車床對(duì)外加工中圖1所示的零件是難度系數(shù)比較大的，從圖1的材料以及要求我們可以看出，圖1零件的加工難度有兩方面，第一，零件為薄壁零件，所以它的部分螺紋只有2mm的厚度，45號(hào)鋼為原材料，生產(chǎn)批量比較多。第二，零件為薄壁零件，所以它的部分螺紋只有2mm的厚度，并且零件精度比較高，波比螺紋加工的編程一般采取G76與G92的聯(lián)合方法，也就是說(shuō)螺紋切削需要先用G76斜進(jìn)式進(jìn)刀進(jìn)行粗加工，然后在用螺紋切削G92循環(huán)直進(jìn)刀進(jìn)行精加工。這種方式的加工不僅可以有效的對(duì)螺紋加工精度進(jìn)行保證，還可以有效的避免切削量過(guò)大導(dǎo)致的薄壁變形。

3.1夾具設(shè)計(jì)的優(yōu)化

薄壁零件的相對(duì)重量比較輕、強(qiáng)度比較低以及剛性比較差，使得薄壁零件的常規(guī)裝夾方法給工件造成因?yàn)闊嶙冃魏洼S向切削力引起的彎曲、變形，為了改這一現(xiàn)狀就必須擁有專用的加工夾具。圖2所示的是設(shè)計(jì)出來(lái)的夾具，其中夾具主題是選用45號(hào)鋼材，58mm處為夾持直徑左端，而10×25的孔在右端，同時(shí)對(duì)螺紋孔M12×1.5用攻絲方法進(jìn)行加工，加工出20mm的螺紋深度。薄壁工件內(nèi)孔中M56×1.5、58和夾具中被夾持的右端外圓相互配合、相互對(duì)應(yīng)，成功的讓工件在夾具中擁有傳遞切削力以及定位。

3.2加工步驟

薄壁零件的加工步驟一共有七步，第一，30mm長(zhǎng)的裝夾毛坯，從平端面一直到加工要求;第二，中心孔的鉆取，主要采用鉆通孔26號(hào)鉆頭，并用38號(hào)鉆頭進(jìn)行鉆孔的擴(kuò)張，一直達(dá)到35深;第三，切削循環(huán)的G73封閉方法，先用G73斜進(jìn)式進(jìn)刀進(jìn)行粗加工，然后在用螺紋切削G73循環(huán)直進(jìn)刀進(jìn)行精加工;第四，把部分的內(nèi)螺紋進(jìn)行加工，加工方法為內(nèi)螺紋車刀，加工一直到復(fù)合尺寸才算完成;第五，掉頭，通過(guò)夾具來(lái)進(jìn)行裝夾，并且把平端面總長(zhǎng)控制在53mm左右;第六，R12為車外圓弧，62為外圓柱，61.85為外螺紋地徑;第七，螺紋切削需要先用G76斜進(jìn)式進(jìn)刀進(jìn)行粗加工，然后在用螺紋切削G92循環(huán)直進(jìn)刀進(jìn)行精加工。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了影響薄壁零件數(shù)控加工精度的因素。通過(guò)實(shí)際的加工以及實(shí)驗(yàn)淺談了以上提高薄壁零件數(shù)控加工精度的工藝措施。希望能夠減輕勞動(dòng)者的勞動(dòng)強(qiáng)度，在保證加工質(zhì)量的情況下提高生產(chǎn)效率。

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