薄壁零件加工的特點

?摘要：在數(shù)控車加工過程中，經(jīng)常碰到一些薄壁零件的加工。本文詳細(xì)分析了薄壁零件加工的特點、防止變形的工藝方法、車刀幾何角度及切削參數(shù)的選擇，結(jié)合在教學(xué)實踐中的實例設(shè)計出加工方案。關(guān)鍵詞：薄壁零件工...?摘要：在數(shù)控車加工過程中，經(jīng)常碰到一些薄壁零件的加工。本文詳細(xì)分析了薄壁零件加工的特點、防止變形的工藝方法、車刀幾何角度及切削參數(shù)的選擇，結(jié)合在教學(xué)實踐中的實例設(shè)計出加工方案。關(guān)鍵詞：薄壁零件工藝分析加工方案薄壁工件的加工特點車薄壁工件時，由于工件的剛性差，在車削過程中，可跑產(chǎn)生以下現(xiàn)相。因工件壁薄，在夾壓力的作用下容易產(chǎn)生變形。從而影響工件的尺寸精度和形狀精度。當(dāng)采用如圖1所示三爪卡盤夾緊工件加工內(nèi)孔時，在夾緊力的作用下，會略微變成三角形，但車孔后得到的是一個圓柱孔。當(dāng)松開卡爪，取下工件后，由于彈性恢復(fù)，外圓恢復(fù)成圓柱形，而內(nèi)孔則如圖2所示變成弧形三角形。若用內(nèi)徑千分尺測量時，各個方向直徑D相等，但已變形不是內(nèi)圓柱面了，這種現(xiàn)相稱之為等直徑變形。因工件較薄，切削熱會引起工件熱變形，從而使工件尺寸難以控制。對于線膨脹系數(shù)較大的金屬薄壁工件，如在一次安裝中連續(xù)完成半精車和精車，由切削熱引起工件的熱變形，會對其尺寸精度產(chǎn)生極大影響，有時甚至?xí)构ぜㄋ涝趭A具上。在切削力（特別是徑向切削力）的作用下，容易產(chǎn)生振動和變形，影響工件的尺寸精度，形狀、位置精度和表面粗糙度。減少和防止薄壁件加工變形的方法工件分粗，精車階段粗車時，由于切削余量較大，夾緊力稍大些，變形也相應(yīng)大些；精車時，夾緊力可稍小些，一方面夾緊變形小，另一方面精車時還可以消除粗車時因切削力過大而產(chǎn)生的變形。合理選用刀具的幾何參數(shù)精車薄壁工件時，刀柄的剛度要求高，車刀的修光刃不易過長（一般取0.2~0.3mm），刃口要鋒利。增加裝夾接觸面如圖3所示采用開縫套筒或一些特制的軟卡爪。使接觸面增大，讓夾緊力均布在工件上，從而使工件夾緊時不易產(chǎn)生變形。應(yīng)采用軸向夾緊夾具車薄壁工件時，盡量不使用徑向夾緊，而優(yōu)先選用如圖4所示軸向夾緊方法。工件靠軸向夾緊套（螺紋套）的端面實現(xiàn)軸向夾緊，由于夾緊力F沿工件軸向分布，而工件軸向剛度大，不易產(chǎn)生夾緊變形。增加工藝?yán)哂行┍”诠ぜ谄溲b夾部位特制幾根工藝?yán)?，以增強此處剛性，使夾緊力作用在工藝?yán)呱?，以減少工件的變形，加工完畢后，再去掉工藝?yán)?。充分澆注切削液通過充分澆注切削液，降低切削溫度，減少工件熱變形。數(shù)控車削薄壁件參數(shù)選擇數(shù)控車床進行薄壁件加工時，具有較大的優(yōu)勢，對于直徑較?。ㄥ?60mm以內(nèi)），長度短（250mm以下），壁厚為2-2.5mm的薄壁工件，可以一次性車削成型。但應(yīng)注意不要夾持在薄壁部位，同時應(yīng)選擇合適的刀具角度，具體的刀具角度如下。外圓精車刀Kr=90°?93°，Kr'=15°a0=14°?16°，a01=15°,丫0適當(dāng)增大，刀具材料為YW1硬質(zhì)合金。內(nèi)孔精車刀Kr=60°,Kr1=30°，Y0=35°a0=14。?16°,a01=6°?8°，入s=5?6°，刀具材料為YW1硬質(zhì)合金。轉(zhuǎn)貼于中國論文下精加工車削參數(shù)Vc=160mm/min，f=0.1mm/r，ap=0.2?0.4mm。通過以上分析，本例的薄壁工件可采用懸臂裝加的方式進行加工。加工薄壁件難點分析本例工件除了加工薄壁件的難點外，還有加工內(nèi)凹半圓?外凸半圓以及T型槽的加工難點。對于內(nèi)凹半圓，采用R3的圓弧形車刀進行加工；對于外凸半圓，則采用外切槽刀進行加工；對于T形槽，則采用35。菱形刀片機夾式車刀進行加工，其主偏角取93°，副偏角取52°。薄壁組合件加工方案本例加工薄壁組合工件如圖8所示，加工方案如下：5.1加工件3右側(cè)內(nèi)外輪廓如圖5所示，注意先加工外輪廓，再加工外輪廓，保證屮58，中52外圓尺寸，同時保證中48，屮23內(nèi)孔和內(nèi)錐孔的精度要求。5.2掉頭裝夾，以屮23內(nèi)孔表面作為校整面進行校整，加工件3左側(cè)外輪廓及內(nèi)錐孔，保證各項精度要求。5.3加工件2左側(cè)內(nèi)孔及外圓臺階如圖6所示，保證屮70外圓尺寸，同時保證屮48，中58內(nèi)孔和M56X2-6H內(nèi)螺紋的精度要求，用件3與之螺紋旋和，保證配合精度要求。拆除件2，加工件1左側(cè)內(nèi)外輪廓如圖7所示，先加工外輪廓再加工內(nèi)輪廓，注意薄壁件的懸臂加工以及外凸半圓和內(nèi)凹半圓的加工刀具及加工方式。5.5掉頭采用一夾一頂?shù)姆绞窖b夾件1,加工件1右側(cè)外輪廓，保證屮58,(p48,屮23，p16的外圓尺寸及M56X2-6g的外螺紋尺寸的精度要求。5.6不拆除件1，用螺紋連接方式安裝件2,加工件2外輪廓，保證p80外圓及T形槽的各項精度要求。5.7拆下件1,以件2的080的外圓作為裝夾表面，校整048內(nèi)輪廓后加工件2左側(cè)內(nèi)輪廓，保證058內(nèi)孔和M56X2-6H內(nèi)螺紋的精度要求，用件3和件1與之試配，保證配合精度要求；如圖8所示。5.8拆下工件，去毛倒棱，進行工件組合并進行自檢。本例的關(guān)鍵是進行合理的工藝分析，選擇合理的加工方案，合理的選擇刀具及切削參數(shù)，而工件的編程難度不大，這里就不再做敘沭。結(jié)語本文闡沭了薄壁工件的加工特點，減少和防止加工變形的方法，加工難點分析以及數(shù)控車削薄壁件參數(shù)的選擇，確定了薄壁組合件加工方案。經(jīng)生產(chǎn)實踐證明，該加工方案切實可行，能保證薄壁組合件的尺寸精度、形狀精度、位置精度、表面粗糙度和裝配質(zhì)量都滿足圖紙要求，可為類似零件和產(chǎn)品的機械加工提供一定的借鑒。參考文獻：劉立.數(shù)控車床編程與操作.北京：北京理工大學(xué)出版社.2006.8.職業(yè)技能鑒定教材編審委員會.車工.北京：中國勞動出版社.2004.7.穆國巖.數(shù)控加工編程與操作.北京：機械工業(yè)出版社.2008.8.因為具有重量輕、節(jié)約材料、結(jié)構(gòu)緊湊等特點，薄壁零件已日益廣泛地應(yīng)用在各工業(yè)部門。但薄壁零件的加工是比較棘手的，原因是薄壁零件剛性差、強度弱，在加工中極容易變形，不易保證零件的加工質(zhì)量。如何提高薄壁零件的加工精度將是業(yè)界越來越關(guān)心的話題。薄壁零件的加工問題，一直是較難解決的。薄壁件目前一般采用數(shù)控車削的方式進行加工，為此要對工件的裝夾、刀具幾何參數(shù)、程序的編制等方面進行試驗，從而有效地克服了薄壁零件加工過程中出現(xiàn)的變形，保證加工精度。影響薄壁零件加工精度的因素有很多，但歸納直來主要有以下三個方面：受力變形因工件壁薄，在夾緊力的作用下容易產(chǎn)生變形，從而影響工件的尺寸精度和形狀精度，如圖1所示。受熱變形因工件較薄，切削熱會引起工件熱變形，使工件尺寸難于控制。振動變形在切削力(特別是徑向切削力)的作用下，很容易產(chǎn)生振動和變形，影響工件的尺寸精度、形狀、位置精度和表面粗糙度。圖1夾緊力的影響既然影響薄壁件加工精的因素找到了，那么我們將如何提高薄壁零件的加工精度呢？接下來筆者將通過具體實例來介紹提高薄壁件加工精度和效率的措施。圖2所示的薄壁零件，是我校用數(shù)控車床對外加工產(chǎn)品中難度較大的零件。采用的設(shè)備是配備了廣州數(shù)控系統(tǒng)GSK980T的數(shù)控車床。為了提高產(chǎn)品的合格率，我們從工件的裝夾、刀具幾何參數(shù)、程序的編制等方面進行綜合考慮，實踐證明，有效提高了零件的精度，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。圖2示例零件工件特點分析從零件圖樣要求及材料來看，加工此零件的難度主要有兩點：因為是薄壁零件，螺紋部分厚度僅有4mm,材料為45號鋼，而且批量較大，既要考慮如何保證工件在加工時的定位精度，又要考慮裝夾方便、可靠。通常的車削都是用三爪卡盤夾持外圓或撐內(nèi)孔的裝夾方法來加工，但此零件較薄，車削受力點與加緊力作用點相對較遠(yuǎn)，而且還需車削M24螺紋，受力很大，剛性不足，容易引起晃動，因此要充分考慮如何裝夾定位的問題。螺紋加工部分厚度只有4mm，而且精度要求較高。目前廣州數(shù)控系統(tǒng)GSK980T螺紋編程指令有G32、G92、G76。G32是簡單螺紋切削，顯然不適合。G92螺紋切削循環(huán)采用直進式進刀方式，如圖3所示，刀具兩側(cè)刃同時切削工件，切削力較大，而且排削困難，在切削時兩切削刃容易磨損，在切削螺距較大的螺紋時，由于切削深度較大，刀刃磨損較快，從而造成螺紋中徑產(chǎn)生誤差，但由其加工的牙形精度較高。G76螺紋切削循環(huán)采用斜進式進刀方式，如圖4所示，單側(cè)刀刃切削工件，刀刃容易損傷和磨損，但加工的螺紋面不直，刀尖角發(fā)生變化，而造成牙形精度較差。從以上對比可以看出，只簡單利用一個指令進行車削螺紋是不夠完善的，采用G92、G76混用進行編程，即先用G76進行螺紋粗加工，再用G92進精加工的方式在薄壁螺紋加工中將有兩大優(yōu)點：一方面可以避免因切削量大而產(chǎn)生的薄壁變形；另一方面能夠保證螺紋加工的精度。圖3G92直進式加工圖4G76斜進式加工優(yōu)化夾具設(shè)計由于工件壁薄，剛性較差，如果采用常規(guī)方法裝夾，工件將會受到軸向切削力和熱變形的影響出現(xiàn)彎曲變形，很難達到技術(shù)要求。為解決此問題，我們設(shè)計出了一套適合上面零件的加工的專用夾具，如圖5所示。圖5專用夾具其中，件1為夾具主體，材料為45號鋼，左端被夾持直徑為80mm，可用來夾持工件的內(nèi)孔直徑范圍為20?30mm；件2為拉桿，材料為45號鋼，直徑為21mm,它剛好與薄片工件上的屮21孔對應(yīng)配合，使工件在夾具中定位及傳遞切削力；件3為已加工完左端面和內(nèi)孔的工件，裝夾時要注意工件與夾具體1的軸向夾緊配合。小溝槽是在工件調(diào)頭裝夾后，為方便控制總長度而設(shè)計的，尺寸為5mmX2mm。刀具的合理選擇內(nèi)鏜孔刀采用機夾刀，縮短換刀時間，無需刃磨刀具，具有較好的剛性，能減少振動變形和防止產(chǎn)生振紋；外圓粗、精車均選用硬質(zhì)合金90°車刀；螺紋刀選用機夾刀，標(biāo)準(zhǔn)刀尖角度，以便磨損時易于更換。加工步驟選定裝夾毛坯15mm長，平端面至加工要求；⑵用屮18鉆頭鉆通孔，粗、精加工屮21通孔；粗、精加工屮48外圓，加工長度大于3mm至尺寸要求；調(diào)頭，利用夾具如圖2所示裝夾，控制總長尺寸35mm平端面；加工螺紋外圓尺寸至屮23.805；利用G76、G92混合編程進行螺紋加工；拆卸工件，完成加工。切削用量選擇內(nèi)孔粗車時，主軸轉(zhuǎn)速為500?600r/min，進給速度F100?F150，留精車余量0.2?0.3mm；內(nèi)孔精車時，主軸轉(zhuǎn)速為1100?1200r/min，為取得較好的表面粗糙度選用較低的進給速度F30?F45,采用一次走刀加工完成；外圓粗車時，主軸轉(zhuǎn)速為1100?1200r/min，進給速度F100?F150，留精車余量0.3?0.5mm；外圓精車時，主軸轉(zhuǎn)速為1100?1200r/min，進給速度F30?F45,采用一次走刀加工完成。所編制的加工程序我們根據(jù)以上分析，針對數(shù)控系統(tǒng)采用GSK980T所編制的加工程序如圖6所示。圖6針對GSK980T的加工程序加工時的幾點注意事項工件要夾緊，以防在車削時打滑飛出傷人和扎刀；在車削時使用適當(dāng)?shù)睦鋮s液(如煤油)，能減少受熱變形，使加工表面更好地達到要求；要注意安全文明生產(chǎn)。通過實際加工生產(chǎn)，以上措施很好地解決了加工精度不高等問題，減少了裝夾校整的時間，減輕了操作者的勞動強度，提高效率并保證加工后零件的質(zhì)量，經(jīng)濟效益十分明顯。本文所介紹的，只是針對某一具體的工件所采取的加工策略，雖然不具備普遍性，但還是希望能起到拋磚引玉的作用。來源：［http://www薄壁零件以其重量輕、強度高等結(jié)構(gòu)特點廣泛應(yīng)用于航空工業(yè)但薄壁零件的加工振動問題一直是航空工業(yè)制異技術(shù)中迫切需要解決的難題。本文以鋁合金薄壁結(jié)構(gòu)為研究對相對薄壁零件的加工振動進行了系統(tǒng)、深入的試驗和理論分析。在此基礎(chǔ)上通過試驗分析了銑削用量對加工振動的影響規(guī)律提出了加工穩(wěn)定性判據(jù)。本文主要研究工作如下:1）在參考現(xiàn)有模型基礎(chǔ)上結(jié)合銑削振動試驗建立了薄壁零件立銑削加工的切削振動模型并根據(jù)極限環(huán)原理提出了加工穩(wěn)定性判斷標(biāo)準(zhǔn)推導(dǎo)了銑削用量與加工穩(wěn)定性的關(guān)系。2）通過試驗和理論相結(jié)合的方法推導(dǎo)出徑向銑削力與銑削用量之間的經(jīng)驗公式;分析了徑向銑削力對薄壁工件加工振動幅值的影響銑削用量對薄壁件加工振動幅值之間的影響并通過試驗對理論模型進行了驗證。3）通過試驗研究了銑削參數(shù)對薄壁零件加工振動的影響結(jié)合試驗數(shù)據(jù)和對銑削力的頻譜分析得出了針對不同銑削參數(shù)的加工穩(wěn)定性區(qū)域。4）結(jié)合試驗和理論模型來研究薄壁零件的加工工藝通過加工工藝的改進來控制薄壁零件加工中的振動對加工工藝參數(shù)進行優(yōu)化。在拖式混凝土泵車中，有一種典型的大直徑薄壁零件——中間套，其內(nèi)孔直徑為202mm,外徑為212mm,壁厚僅為5mm,且該零件各尺寸之間的形位精度要求較高，外圓表面粗糙度Ra要求為0.4Pm,外圓圓度誤差要求小于0.010mm。由于零件壁厚較薄,在磨削外圓時,如果不采取措施,常常會因為夾緊力、磨削力、磨削熱、內(nèi)應(yīng)力等原因,使工件產(chǎn)生較大的變形,不能保證零件的加工質(zhì)量為減小零件的變形,我們根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點,制訂了合理的加工工藝流程,設(shè)計了專用磨削夾具并采取了特殊的裝夾方法,可以有效地保證該類零件的加工質(zhì)量。1、 零件在磨削外圓時的變形分析根據(jù)零件的外形特點,采用錐度心軸裝夾時,工件在夾緊力的作用下,由于錐體的作用而產(chǎn)生的徑向分力會使工件變形。此外,由于在磨削時,工件的內(nèi)壁磨削熱不易散失,磨削熱也是引起薄壁零件變形的重要原因。由于工件變形,磨削后工件會形成馬鞍形（圖2）,難以保證工件的圓度及同軸度誤差要求,必須通過設(shè)計專用夾具并采用合理的工藝方案才能確保零件的加工質(zhì)量。2、 夾具結(jié)構(gòu)紅展用原理1.心軸2.固定銷3.左定位板4.拉桿5.支撐板6.右定位板7.彈簧套8.壓板9.帶肩螺母10.頂絲螺栓11.工件該夾具為心軸、漲套可調(diào)式結(jié)構(gòu),由心軸1、固定銷2、左定位板3、拉桿4、支撐板5、右定位板6、彈簧套7、壓板8、帶肩螺母9和頂絲螺栓10組成,其中左、右定位板與工件之間的配合為H6/h5,右定位板6與彈性套7之間的配合為E8/h7。彈簧套7的內(nèi)錐度為20°使用夾具時，先用固定銷2將左定位板3固定在心軸1上，然后在心軸的另一端安裝上支撐板5，以零件加工好的內(nèi)孔為定位基準(zhǔn)裝入夾具，再將右定位板6裝在心軸上并與零件內(nèi)孔配合，在夾具上插人兩根拉桿4（位置均布）并用螺母鎖緊，這樣就將夾具緊固在工件上了：然后再將彈簧套7插入心軸1與右定位板6之間的間隙中，安裝壓板，擰緊心軸上的帶肩螺母9，將彈簧套壓入，彈簧套就可以起到自動定心作用，而使心軸的軸線與工件的軸線保持一致，夾具就安裝完成了。零件加工好后先松開帶肩螺母9，擰動三個頂絲螺栓10（三個頂絲螺栓10位置均布，并與兩根拉桿4位置錯開），右定位板就可帶動彈簧套7沿相反方向退出工件，夾具就可以方便的拆卸了。3、砂輪選型選擇砂輪時，砂輪特性如磨料、粒度、硬度、結(jié)合劑、石墨填料和砂輪組織對磨削質(zhì)量都有影響，如果選擇不當(dāng)，就難以使工件達到預(yù)期的表面粗糙度。此外還應(yīng)盡可跑提高砂輪的切削性能，控制好砂輪工作表面磨粒的微刃及其等高，并使其保持鋒利狀態(tài)。鑒于該零件的材料為45號鋼，為降低零件表面粗糙度，所選用的砂輪磨料的粒度要適中，硬度可以稍小一些。這是因為太硬的砂輪當(dāng)其已完全鈍化后，磨粒仍不能脫落，繼續(xù)磨削反而使粗糙度變大。實際應(yīng)用中，砂輪的選用以微晶剛玉或單晶剛玉、硬度為中級（K）、粒度為46號至60號為宜。此外，砂輪在使用前必須要經(jīng)過修整，使砂輪表面有良好的磨粒切刃和微刃的脫粒性及等高性，從而確保工件磨削的表面粗糙度要求。4、 加工設(shè)備為減小零件加工的形位誤差，設(shè)備的選擇非常重要。要求機床主軸要有較高的回轉(zhuǎn)精度，徑向跳動不大于0.001mm，主軸剛度好，機床各部分不應(yīng)有振動現(xiàn)相，因此最好選擇較新的機床。結(jié)合我公司的實際情況，設(shè)備選用MB1332B型普通外圓磨床。5、 磨削液及冷卻方式為降低切削熱，切削液可采用無油、無亞硝酸鈉的LPG-1高效磨削冷卻液該冷卻液是以高效極壓潤滑劑為添加劑作為配方基礎(chǔ)，并從防銹、滲透、抗硬水性、清洗、消泡和殺菌等方面綜合考慮的，具有環(huán)保、清洗性好、去油率高、冷卻性好等優(yōu)點，能節(jié)約大量能源和降低砂輪消耗，提高磨削用量，并提高生產(chǎn)效率。使用磨削液時，應(yīng)采用從磨削區(qū)下部供給切削液的方法，這樣既可以使切削液很容易達到砂輪與工件接觸的磨削區(qū)，同時又能使砂輪在磨削工件之后得到及時的冷卻和清洗，從而延長砂輪的使用壽命、保持砂輪的幾何形狀，并可以在磨削連續(xù)表面時，使工件保持較低的溫度，提高工件的形狀與位置精度。6、 磨削用量磨削時分為粗、精磨多道工序，這樣可以使粗磨時產(chǎn)生的變形能在精磨時得以消除。磨削時，磨削用量選擇應(yīng)合適，粗磨時，砂輪的線速度為15?20m/s,工件轉(zhuǎn)速為35?70r/min，工作臺移動速度為0.03?0.05m/min；精磨時，砂輪的線速度為10?15m/s，工件轉(zhuǎn)速為50?80r/min，工作臺移動速度為0.02?0.03m/min。7、 工件的裝夾1.頂尖2.鋼球3.芯軸4.工件5.