薄壁管件內(nèi)脹式車削工裝設(shè)計(jì)

周潤鋒

【摘 要】本文針對(duì)某一設(shè)備上的關(guān)鍵零件，設(shè)計(jì)為一種薄壁管件結(jié)構(gòu)形式，壁厚較薄，加工過程中在交變切削力（特別是徑向切削力）的作用下薄壁筒類零件容易變形和產(chǎn)生振動(dòng)，因而很難控制其加工精度。為了進(jìn)一步保證其加工精度，進(jìn)行了車削工藝分析，針對(duì)薄壁管件容易裝夾變形，在車削加工中也容易受力變形的難題，研制高精度內(nèi)脹式車削工裝，解決了薄壁管件車削加工中出現(xiàn)的技術(shù)難題。

【關(guān)鍵詞】薄壁管件；內(nèi)脹式車削工裝；設(shè)計(jì)

0 引言

薄壁管件在機(jī)械加工中定位難度大，裝夾、加工變形嚴(yán)重，要保證高的加工精度在機(jī)械加工領(lǐng)域中是一項(xiàng)難題。主要有以下難題：

（1）工件彈性模量較小

由于彈性模量小，在外力（切削力和夾緊力）的作用下，容易產(chǎn)生較大的彈性變形，使工件很難獲得較高的加工精度，并且加工過程中會(huì)引起已加工表面和刀具后刀面之間的劇烈摩擦，從而加快刀具的磨損并引起振動(dòng)，在工件壁厚很薄的情況下表現(xiàn)更加明顯。

（2）易產(chǎn)生振動(dòng)

在交變切削力（特別是徑向切削力）的作用下薄壁管件容易產(chǎn)生受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)，當(dāng)振動(dòng)頻率與薄壁筒類零件的固有頻率接近時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不利于加工的共振現(xiàn)象，在被加工表面留下振動(dòng)痕跡，影響工件的表面粗糙度和尺寸精度。

有一種薄壁類零件筒體厚度約為0.50mm，在自然狀態(tài)下呈不規(guī)則的橢圓狀，設(shè)計(jì)需在該筒體中部加工厚度為0.20mm的環(huán)形帶，裝夾定位難度非常大，無法采用常用方法設(shè)計(jì)專用夾具，需要針對(duì)零件特點(diǎn)設(shè)計(jì)專門的夾具，來解決零件加工過程裝夾的難題。針對(duì)加工中出現(xiàn)的上述問題，開展了薄壁管件的加工工藝研究，首先進(jìn)行內(nèi)脹式車削工裝的研制。

1 加工工藝分析

該零件原工藝中采用磨削加工的方法加工中間超薄壁部位，工件表面質(zhì)量直接由砂輪修磨后的砂輪表面質(zhì)量決定，同時(shí)成型磨削力較大，引起的磨削熱易使工件產(chǎn)生變形、燒傷等。

同時(shí)由于薄壁管件硬度低和剛性差，導(dǎo)致加工過程中受切削力的影響易產(chǎn)生較大的變形，因此提高零件質(zhì)量就要從這些方面入手?？赏ㄟ^以下措施優(yōu)化薄壁管件的加工工藝：

1.1 合理選擇切削參數(shù)

在零件剛度一定的情況下，可以通過減小切削力來減少零件的變形。切削力的大小與背吃刀量、進(jìn)給量大小成正比關(guān)系，可減少進(jìn)給量和背吃刀量來減小切削力，從而減少工件的變形，提高加工精度。

1.2 合理選擇刀具

切削加工中，切削力的大小將直接影響薄壁管類零件的變形情況。因此，可通過選擇合理的刀具幾何參數(shù)來盡量減少加工時(shí)的切削力。選擇時(shí)應(yīng)主要考慮以下幾個(gè)方面：為減少工件的彎曲方向的變形，刀具的主偏角應(yīng)選擇較大的，以減少徑向切削分力；為減少切削力，應(yīng)選擇較大前角的；刀具安裝時(shí)，應(yīng)保證略高于工件中心線，使刀具后刀面與工件表面輕微接觸，以利于減小工件切削時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，提高切削過程的平穩(wěn)性，從而保證加工尺寸精度和表面質(zhì)量。

1.3 合理的設(shè)計(jì)裝夾方式

薄壁管件加工時(shí)裝夾方式的選擇尤其重要，選擇合理的裝夾方式，可有效的減少工件裝夾變形及在切削加工時(shí)受切削力引起的變形，常規(guī)的薄壁管件裝夾均采用芯軸法。即在加工外徑時(shí)，根據(jù)薄壁管件內(nèi)徑尺寸，設(shè)計(jì)一種內(nèi)撐的芯軸，與薄壁管件內(nèi)腔形成配合，在加工外圓時(shí)起到支撐作用，同理加工內(nèi)腔時(shí)，則根據(jù)外徑尺寸設(shè)計(jì)一種套筒，包裹在工件外部，加工內(nèi)徑時(shí)起到支撐作用。這種工裝的缺點(diǎn)是，芯軸（套筒）配合部位的尺寸是固定的，當(dāng)工件尺寸在公差范圍內(nèi)有變化時(shí)，較難保證設(shè)計(jì)工裝時(shí)要求的配合間隙，針對(duì)這一問題，本文創(chuàng)新的設(shè)計(jì)出了一種，裝夾部位尺寸可以微調(diào)，從而保證配合間隙的夾具，下面進(jìn)行詳細(xì)介紹。

綜合考慮磨削加工和車削加工的切削機(jī)理異同點(diǎn)，采用數(shù)控車削的加工方法可有效去除傳統(tǒng)磨削加工帶來的熱燒傷加工缺陷。因而工藝考慮使用現(xiàn)有高精度數(shù)控車床，解決磨削加工工藝容易燒傷薄壁管件的問題；并且配合薄壁管件車削工藝，設(shè)計(jì)精密內(nèi)脹式專用夾緊裝置解決超薄件壁件加工定位難、工件容易因裝夾產(chǎn)生變形的問題；并通過系統(tǒng)試驗(yàn)，尋找到通過有效途徑控制漲緊力的方法，減小由于漲緊力過大或者過小引起的變形。

2 內(nèi)脹式車削工裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)于薄壁管件，夾緊力、車削力對(duì)工件成型精度（包括：尺寸、圓度、表面粗糙度等）影響很敏感。為了保證薄壁管件較高的加工定位精度，并盡量減小工件裝夾時(shí)的變形，創(chuàng)新的研究設(shè)計(jì)整圓式定位漲緊的方式，避免在加工中出現(xiàn)車漏，定位準(zhǔn)確度低，裝夾工件變形大的問題，同時(shí)設(shè)計(jì)芯軸為兩端加工高精度的帶護(hù)錐的加長中心孔，車削加工時(shí)，工裝在機(jī)床上采用兩端頂住中心孔的方式裝夾，以提高芯軸本身在機(jī)床上的定位精度。

內(nèi)脹式車削工裝的是設(shè)計(jì)原理是是利用脹套徑向的變形量對(duì)工件進(jìn)行脹緊，保證與每個(gè)工件都能有合理的配合間隙，并對(duì)工件產(chǎn)生脹緊力。脹緊力作用在工件與脹套之間，并產(chǎn)生摩擦力，大于切削力時(shí)，加工中使工件與芯軸保持一體狀態(tài)，在車床上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，以保證車削加工的可靠性。如圖1，工裝主要由壓緊墊、圓螺母、芯軸、錐度芯軸、脹套等組成，其中芯軸兩端加工有頂尖孔，用來將工裝裝夾在機(jī)床上。脹套裝初工件為間隙配合，錐度芯軸外圓與脹套錐度內(nèi)圓為錐面配合，當(dāng)脹套固定不動(dòng)時(shí)，在外力作用下，移動(dòng)錐度芯軸組件，使脹套在徑向發(fā)生彈性變形，將工件漲緊。此微小的調(diào)整量，利于不同工件內(nèi)徑尺寸有微小不同時(shí)，該工裝仍能保證合理的配合間隙，從而保證加工質(zhì)量。

為保證加工精度，設(shè)計(jì)脹套與工件加工部位為整圓式完全接觸，保證絕大部分工件與工裝能夠配合緊密，結(jié)構(gòu)如圖2，選用尼龍作為脹套的材料，彈性好，可保證每次脹緊量。

3 脹緊力的控制

脹緊力太大易使工件產(chǎn)生變形，影響加工精度，太小，不能滿足夾緊要求，脹緊力控制的難點(diǎn)是在裝配過程中實(shí)際脹緊力是無法測(cè)量的，只能間接控制漲緊力。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)考慮在軸向施加外力，使錐度芯軸與脹套作相對(duì)移動(dòng)，設(shè)計(jì)通過控制軸向移動(dòng)量的方法達(dá)到控制徑向變形量，從而控制漲緊力的大小。

4 結(jié)論

a.通過工藝技術(shù)分析，研究設(shè)計(jì)的內(nèi)脹式車削工裝，解決了薄壁件定位與夾緊難題，同時(shí)通過控制脹緊力，減小了工件的夾緊變形和加工變形；

b.研究設(shè)計(jì)的內(nèi)脹式車削工裝已成功應(yīng)用到我院的產(chǎn)品試制中。

【參考文獻(xiàn)】

[1]機(jī)械工程手冊(cè)，第8卷，機(jī)械制造工藝（二）[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

[2]金屬切削機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].第二版，機(jī)械工業(yè)出版社.

[責(zé)任編輯：王楠]