浅谈提高薄壁零件加工精度的工艺方法

浅谈提高薄壁零件加工精度的工艺方法

淡书桥李兆祥

淡书桥①DanShuqiao；李兆祥②LiZhaoxiang

（①河南职业技术学院，郑州450046；②河南工业技师学院，郑州450007）

（①He'nanPolytechnic，Zhengzhou450046，China；②He'nanIndustrialTechnicianCollege，Zhengzhou450007，China）

摘要：薄壁零件在各种工业机器设备中应用广泛，其加工也有多种工艺方法，本文从工件装夹、刀具几何参数、程序编制等三个方面探索提高薄壁零件加工精度的工艺方法。

Abstract:Thethin-walledpartsarewidelyusedinindustrialmachineryandequipment,itsprocessingalsohasavarietyofmethods.Thisarticleexploresthemethodstoimprovetheaccuracyofthin-walledpartsfromthreeaspectsofworkpiececlamping,geometryofcuttingtoolandprogramming.

关键词：薄壁零件；刀具几何参数；编程；数控加工

Keywords:thin-walledparts；geometryofcuttingtool；programming；NCprocessing

中图分类号：TH13文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）10-0025-02

0引言

薄壁零件以其优点诸如重量轻、节约材料和结构紧凑等被广泛的应用。然而薄壁零件由于其刚性差和强度弱，在机械加工中很容易变形，导致加工质量难以确保。怎样提高薄壁零件的加工精度，要从多个方面去考虑，我主要是采用数控车削的方式进行加工。在本文中，我从工件的装夹和刀具几何参数以及程序的编制等方面，主要探讨了在克服薄壁零件加工过程中也许会出现的多种变形，进而确保了加工精度。

1薄壁零件加工精度的影响因素

薄壁零件加工精度的影响因素主要有以下三个方面：第一，受力变形（在夹紧力的作用下，由于工件壁薄，零件极易发生变形，不仅工件的尺寸受到影响，也会影响其形状精度。如图1。）第二，受热变形（同样由于工件壁薄，工件会随着切削热的增加发生变形，这就使工件的尺寸不容易控制）第三，振动变形（薄壁零件在切削力尤其是径向切削力作用之下，极易发生振动与变形，工件的尺寸精度和形状不仅受到影响，位置精度和表面粗糙度也将被影响。

找到影响薄壁件加工精的因素，通过具体实例来介绍提高薄壁件加工精度和效率的措施。图2所示的薄壁零件，所用的设备是HNC-21T华中世纪星数控车床。从零件图样要求及材料分析，加工此零件的难度有以下两个主要点：

第一，因为要加工的是薄壁零件，螺纹部分厚度仅有2mm，而材料是45号钢，这就要求我们在加工时不仅要考虑到确保工件的定位精度，还要想到装夹的可靠。由于此零件较薄，车削的受力点和加紧力的作用点相对较远，况且还需车削M24×1.5的细牙螺纹，造成受力很大而刚性不足，易产生晃动，因此用三爪卡盘夹持外圆来加工车削是十分困难的，同样用撑内孔的装夹方法也很难加工车削。怎样装夹定位也就成为我们首要考虑的问题。

第二，加工此零件时，由于Φ48外圆厚度仅有3mm，Φ20内孔仅有+0.05mm的公差范围，因此对精度也会有较高的要求。G82螺纹切削循环使用的方法是直进式进刀，操作简单，如图3所示，刀具两侧刃同时切削工件，切削力较大，而且排削困难，由于是M24×1.5的细牙螺纹，可以减小背吃刀量，增加几次车螺纹时的循环次数就能够保证螺纹加工的精度，无需用G76螺纹复合循环来加工。

2优化夹具设计

考虑到工件壁薄和刚性较差的特点，我们若采用常规方法装夹，在轴向切削力与热变形的影响因素下，工件会发生弯曲变形，达到技术要求也就困难了。为解决此问题，我做了一个专用夹具，如图4所示。专用夹具，其中，件1是夹具主体，可选45号钢材料，夹持左端直径是80mm，其目的是夹持工件的内孔直径在20～30mm；件2是拉杆，材料同件1，直径是21mm，它恰好和薄片工件上的?准21孔相对应，这样就可将工件在夹具中定位和传递切削力；件3是已经加工好左端面和内孔的工件，在装夹时，需夹紧配合工件与夹具体1的轴向。为了容易控制总长度，在工件调头装夹后设计了小沟槽，尺寸是5mm×2mm。

3切削用量与刀具的合理选择

3.1合理地选用切削用量夹紧力和的切削力（分别由装夹工件及切削工件产生）以及弹性、塑性变形（由工件阻碍刀具切削时形成），都可使切削区的温度升高从而产生热变形。

我们在加工中了解到：背吃刀量和进给量同切削力成正比，若三者均增大，其变形也增大，对车削薄壁零件产生不良影响。如果使背吃刀量减小，而进给量增大，切削力尽管会降低，但仍会致使零件变形，究其原因是这样做增大了工件表面残余面积，加大了表面粗糙的程度，使刚性较差的薄壁零件的内应力增加。因此，如果是粗加工，可以增大一些背吃刀量和进给量；如果是精加工，背吃刀量通常在0.2到0.4mm，而进给量通常在0.1到0.2mm/r，甚至更小，切削速度60到80m/min，精车时可稍微地提高切削速度，约100到120m/min，然而不适宜过高，否则将会产生热膨胀导致零件变形，我们若能合理使用背吃刀量和进给量及切削速度就可减少切削力，进而减少变形。内孔粗车：主轴转速是每分钟500到600转，F100到F150mm/min的进给速度，留精车余量0.2到0.3mm；内孔精车：主轴转速是每分钟1100到1200转，要得到良好的表面粗糙度应采用一次走刀加工完成并使用较低的进给速度：F30到F45；外圆粗车：主轴转速是每分钟600到800转，F100～F150mm/min的进给速度，留精车余量0.3到0.5mm；外圆精车：主轴转速是每分钟1100到1200转，F30～F45mm/min的进给速度，采用一次走刀加工完成。

3.2合理选择刀具的几何角度刀具的几何角度若选择的合理，那么在薄壁零件的车削时，对切削力的大小和车削中产生的热变形以及工件表面的微观质量都有着十分重要的作用。切削变形以及刀具的锋利程度是由刀具前角的大小决定的。前角同切削变形和摩擦力成反比关系，同切削力成反比。若前角过于大，就会减小刀具的楔角，减弱其强度，散热状况也不好，也会加快磨损速度。因此，车削钢件材料的薄壁零件时，用YG类刀具，前角取0°-15°，后角取4°-12°，主偏角选90°，副偏角取6°-15°。

3.3为减少换刀时间和方便对刀，应尽量采用机夹刀。①外圆粗、精车均选用硬质合金90°车刀；②内镗孔刀采用机夹刀，尽量选粗一些的刀杆，具有较好的刚性，能减少振动变形以及振纹；③60°螺纹刀选用机夹刀，标准刀尖角度，以便磨损时易于更换。

4加工工艺流程

①装夹毛坯15mm，车平端面，18钻头钻通孔；②粗加工和精加工时加工长度大于3mm，?准48外圆，用20通孔；③调头，利用夹具（如图2）装夹，车平端面同时控制总长度为35mm；粗、精车?准23.85长度32mm；④在粗加工和精加工M24×1.5的细牙螺纹时用G82直进法。

5编制加工程序

根据以上分析，采用华中世纪星HNC-21所编制的加工程序。

6加工时注意事项

①夹具、工件在高速车削时要夹紧，防止引起扎刀或夹具、工件飞出伤人；②在车削时充分的冷却液应被及时的浇注，这样受热会降低，也会减少其变形。

7结束语

通过实际加工，以上措施很好地保证了薄壁套类零件的加工精度，减少了装夹校正的时间，减轻了操作者的劳动强度，提高生产效率和经济效益。本文所浅谈的内容，只是针对薄壁零件其中的一种所采取的加工策略，具有普遍性和推广性，希望能对大家接触薄壁零件的加工起到有效的帮助。

参考文献：

[1]吴明友主编.数控车床（华中数控）考工实训教程[M].北京：化学工业出版社，2006-7.

[2]田坤等主编.数控机床编程、操作与加工实训（第一版）[M].北京:电子工业出版社,2008-3.