薄壁套的加工工藝與夾具設(shè)計(jì)

陳惠珍

摘 要：機(jī)床中夾具的設(shè)計(jì)是現(xiàn)代設(shè)備實(shí)際生產(chǎn)中不可或缺的一部分，薄壁套由于其自身結(jié)構(gòu)占有空間少，本身剛性差的特點(diǎn)，在加工時(shí)會(huì)造成一定程度的困難，因此作者設(shè)計(jì)了一種針對(duì)不同作用，不同空間類型的薄壁套夾具，一定程度上改善了其夾具易變形的問題，提高了質(zhì)量的同時(shí)，且提升了工作效率。

關(guān)鍵詞：薄壁套加工；夾具；柔性設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TG75 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

在實(shí)際的生產(chǎn)中薄壁套的零件是比較難加工的，薄壁套類零件是用來支撐旋轉(zhuǎn)軸及軸上零件，該類零件主要表面是內(nèi)孔和外圓，因此其在加工上有一定的困難，但柔性材料一定程度上可以改善這種狀況，國內(nèi)外也對(duì)這種材料進(jìn)行了大量的研究。由于自身因素，加工過程中因受力的作用，會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)及形變等問題，對(duì)薄壁套件的尺寸選擇、形狀的準(zhǔn)確度及質(zhì)量產(chǎn)生影響。尤其對(duì)零件的內(nèi)孔加工影響較大，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，通常情況下是用扇形的軟爪來夾住零件的外圓，用以增大接觸面積。但這方法只對(duì)于單個(gè)、少量生產(chǎn)適合，滿足不了大量的零件生產(chǎn)，還會(huì)出現(xiàn)夾力過緊，致使零件發(fā)生變形，進(jìn)而對(duì)生產(chǎn)效率產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，在很大程度上增大了生產(chǎn)的成本。若想提高零件的生產(chǎn)效率，增加經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)該設(shè)計(jì)一種比較合理的夾具來生產(chǎn)此類零件，從源頭解決此問題。

1.薄壁零件結(jié)構(gòu)與加工工藝

1.1 基本結(jié)構(gòu)

薄壁零件的組成一般是由其側(cè)壁和腹板，它形狀比較復(fù)雜，它的尺寸比較大而截面積相對(duì)很小，因此外觀要求高，其使用要求決定結(jié)構(gòu)要在符合標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)度和剛度條件下重量要比其他零件小。它的加工過程中，難以控制的問題除了加工變形問題外還有它的切削振動(dòng)問題。切削振動(dòng)指的是在用車床切削時(shí)候產(chǎn)生的振動(dòng)。振動(dòng)一旦加劇，會(huì)出現(xiàn)振幅超過幾十μm的激烈振動(dòng)，通常還會(huì)伴隨很大的噪聲。這也給薄壁零件的制作增加了一定困難，在切削加工中，振動(dòng)可能會(huì)超過100μm，此時(shí)刀具或工件會(huì)有松脫的危險(xiǎn)，因此不能再繼續(xù)進(jìn)行加工。振幅在100μm以下時(shí)，雖然可以進(jìn)行加工，但已加工表面會(huì)殘留明顯的振動(dòng)劃痕，是精加工表面不能允許的。因此，種種條件限制薄壁結(jié)構(gòu)的精確性。

薄壁零件的整體壁板，主要是由蒙皮、筋條和凹臺(tái)等部分結(jié)構(gòu)組成，它具有重量相對(duì)較輕，結(jié)構(gòu)比強(qiáng)度相對(duì)較高，并且減少了裝配過程中的工程量，但它的剛性較低，因此使用過程中容易變形。梁類零件是只要應(yīng)用于裝載機(jī)上的受力薄壁零件，它的結(jié)構(gòu)類型比較復(fù)雜，有工字型，U字型等類型，結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性決定加工的困難性，尤其是加工變形的問題。緣條，長(zhǎng)桁類零件一般用于裝載機(jī)的機(jī)身結(jié)構(gòu)的受力薄壁零件。它的材質(zhì)一般選用擠壓型材，這樣可以在一定程度上減輕切削后的變形，而且可以相應(yīng)的減少誤差，避免了裝配應(yīng)力。

薄壁零件的結(jié)構(gòu)材料一般選用比強(qiáng)度高的鋁合金材料。鋁合金材料按其制作方法分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩類，其在加工前需要通過熱處理來提高強(qiáng)度。

1.2 加工工藝

薄壁材料的加工工藝一般分為以下幾個(gè)方面：首先，薄壁材料的選取，一般為高強(qiáng)度的鋁合金。由于它在加工變形方面不易控制，因此它的加工精度無法通過常規(guī)的加工工藝保證，而且它的缺口比較敏感，需經(jīng)過機(jī)械打磨處理。其次，薄壁零件結(jié)構(gòu)切削振動(dòng)會(huì)影響加工的精確性。然后薄壁材料的加工對(duì)協(xié)調(diào)精度也有一定的要求，對(duì)結(jié)合孔和接頭部位之間精度有較高的要求。然后，薄壁零件在加工過程中容易產(chǎn)生建工變形，因此需對(duì)其進(jìn)行變形控制與矯正。

2.夾具結(jié)構(gòu)與使用方法

2.1 夾具的結(jié)構(gòu)

柔性結(jié)構(gòu)的組成一般包括：底座結(jié)構(gòu)、滑動(dòng)結(jié)構(gòu)、支承結(jié)構(gòu)及夾緊結(jié)構(gòu)。如圖1所示。

底座結(jié)構(gòu)：夾具的基礎(chǔ)，同時(shí)連接夾具中各部件。

滑動(dòng)結(jié)構(gòu)：由液壓控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，包括其相關(guān)的液壓控制機(jī)構(gòu)及系統(tǒng)中所有起定位作用的導(dǎo)軌、滑塊，滑動(dòng)結(jié)構(gòu)的作用主要為實(shí)現(xiàn)夾具的柔性定位如圖1所示。

支承結(jié)構(gòu)：對(duì)夾具系統(tǒng)中起支承作用。它的組成是由夾具的伸縮機(jī)構(gòu)及夾具上的頂珠組成如圖1所示。

夾緊結(jié)構(gòu)：由升降柱頂部的真空吸盤和真空泵組成。為滿足工況表面的吸附要求，真空吸盤需具備相應(yīng)的柔度和貼合度。真空泵選擇時(shí)需要它對(duì)工件有足夠的吸附力，這樣才能減小加工過程中的振動(dòng)或翹曲引起的變形。

2.2 使用方法

薄壁套零件的右側(cè)與右壓盤可以通過螺絲釘固定住。在車床的卡盤上借助右壓盤的右側(cè)臺(tái)階固定此設(shè)備。旋轉(zhuǎn)螺母通經(jīng)過頂環(huán)向右側(cè)擠壓支撐環(huán)，此時(shí)軸向彈簧被壓縮。頂桿的內(nèi)端頭頂桿錐面沿軸錐面滑動(dòng)，使頂桿沿支撐軸的徑向向外側(cè)移動(dòng)，通過連接螺桿和支撐彈簧推動(dòng)支撐扇向外側(cè)移動(dòng)，并使支撐扇的外側(cè)表面靠在薄壁零件的內(nèi)側(cè)壁上，此時(shí)彈簧被拉伸，對(duì)薄壁零件起徑向支撐作用。調(diào)整外限位螺母和內(nèi)限位螺母在頂桿上的位置，可起到上下限位作用，防止頂桿上下移動(dòng)距離過量。加工完畢，向相反方向旋轉(zhuǎn)螺母，頂桿在拉簧作用下可自動(dòng)向內(nèi)側(cè)移動(dòng)，脫離對(duì)薄壁零件的徑向支撐，拆下薄壁零件即可。

為了滿足零件外圓及內(nèi)孔同軸度的要求，在夾具使用時(shí)可以對(duì)換套進(jìn)行更換，使零件與換套之間的接觸精度得到提高，同時(shí)也能提高零件加工的質(zhì)量。并且可以長(zhǎng)時(shí)間重復(fù)使用夾具，也可大大降低了生產(chǎn)成本，提高了夾具的應(yīng)用年限。

3.專用夾具的加工參數(shù)選擇

3.1 切削用量的選擇

對(duì)于薄壁零件來說致使它變形的主要原因之一是切削，在切削時(shí)主要產(chǎn)生切削力，而切削力是影像變形的根本原因，因此可通過減小切削力來避免零件變形。合理選擇切削用量的三要素能適當(dāng)減少切削力，從而起到減少變形的作用，在尺寸精度、形位精度和表面粗糙度方面得到有效控制成為切削加工的關(guān)鍵問題。當(dāng)進(jìn)給量f以及背吃刀量ap取值較大時(shí)為粗加工的薄壁套零件；當(dāng)進(jìn)給量f以及背吃刀量ap取值較小、且切削的速度在3m/min～5m/min時(shí)為精加工的薄壁套零件。

3.2 刀具參數(shù)的選擇

若提高工件的加工質(zhì)量，需切削下很薄的切削層，這需要適當(dāng)控制刀具?？赏ㄟ^增大刀具的前角和后角來減少切削的塑性變形，減小了后刀面與加工表面直接的摩擦。但是，前角和后角的角度過大則會(huì)使車刀的楔角過小，會(huì)使刀尖的強(qiáng)度降低，易導(dǎo)致刀具的磨損，因此，刀具的參數(shù)選擇應(yīng)適當(dāng)、合理。材料為45號(hào)鋼的薄壁套零件可以采用YT30硬質(zhì)合金刀具，前角取10°～20°，選擇較大的主偏角，可選70°～90°。

參考文獻(xiàn)

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