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(yīng)用。但是，在車削加工中，容易引起熱變形、產(chǎn)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(chǎn)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(nèi)、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(yán)格要求，滿足這些要求也是比較困難的。

一、車削薄壁零件產(chǎn)生的主要問題

在車削薄壁零件過程中，產(chǎn)生疵病的原因很多，其中主要有：

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

相對位置調(diào)整不準(zhǔn)產(chǎn)生壁厚不均，工件、夾具、刀具與機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)中心的相對位置調(diào)整不準(zhǔn)，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(chǎn)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(chǎn)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(qiáng)，刀具磨損大，易產(chǎn)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(chǎn)生變形，對一些線膨脹系數(shù)較大的金屬薄壁件來說，半精車和精車在一次裝夾中連續(xù)車削所產(chǎn)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(zhì)量，特設(shè)計(jì)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(zhì)量。

二、夾具的整體結(jié)構(gòu)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(nèi)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(zhǔn)確定位并均勻緊固的作用，由于彈性夾具實(shí)現(xiàn)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(xiàn)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(jī)床兩頂尖與心軸1兩側(cè)B3中心孔配合，上撥盤，即可車削工件。

三、夾具主要零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用方法

該夾具的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是開口彈性套、錐度定位套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，開口彈性套和錐度定位套的結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)成如圖的“錯開式”結(jié)構(gòu)，所有開口位置為沿圓周均布，開口數(shù)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?jié)q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(jīng)淬火處理后，硬度可達(dá)到HRC55—58，然后與錐度定位套配磨。裝配完工件的夾具系統(tǒng)由于采用兩頂尖方式固定在機(jī)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(zhuǎn)就會產(chǎn)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(tǒng)的重量成正比，因此，為減小加工過程由于高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力，就應(yīng)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(dá)到減重的目的。定位套材料選用45號鋼，調(diào)質(zhì)處理后，其外圓與心軸進(jìn)行配磨。

四、用彈性夾具車削薄壁零件時，應(yīng)注意的事項(xiàng)

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(chǎn)生的彈性變形和塑性變形，使切削區(qū)溫度升高而產(chǎn)生的熱變形。切削力的大小與切削用量密切相關(guān)，從金屬切削原理上可以知道：背吃刀量、進(jìn)給量、切削速度是切削用量的三個要素，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)：

背吃刀量和進(jìn)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(jìn)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(qiáng)度不好的薄壁零件的內(nèi)應(yīng)力增加，同樣也會導(dǎo)致零件的變形。

因此，粗加工時，背吃刀量和進(jìn)給量可以取大一些；精加工時，背吃刀量一般在0.2?0.5mm，進(jìn)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(chǎn)生的熱變形、工件表面的微觀質(zhì)量都是至關(guān)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(qiáng)度就會較弱，刀具的散熱情況就差，磨損相應(yīng)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(zhì)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(yīng)減小，但后角過大也會使刀具強(qiáng)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(zhì)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(nèi)，車薄壁零件的內(nèi)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(zhì)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(fā)生變化，從而保證零件的加工質(zhì)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(zhì)量和提高刀具的使用壽命；用硬質(zhì)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(xù)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(yīng)適當(dāng)提高其潤滑性能。

實(shí)踐證明，此車夾具有結(jié)構(gòu)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(diǎn)，完全可以保證薄壁零件的車削加工精度。