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薄壁零件的數控車削

2020-5-1 來源（yuán）：韶關市（shì）乳源瑤族自治縣（xiàn）中等職業技術學校作者：崔毅

摘要：薄壁零（líng）件的（de）加工（gōng）由於夾緊力、車削力、車削（xuē）熱、內應力（lì）、振動與變形等因素的影響，使工件產生較大的變形，導致零件的（de）加工質量難以保證。筆者從（cóng）工件的裝夾、刀（dāo）具要（yào）求、程序的編製等方麵進行綜（zōng）合考（kǎo）慮，解決了薄壁（bì）零件的（de）車削加工（gōng）難題，從而有效提高了零件的精度，保證了產品的（de）質量。

關鍵詞 ：薄壁零件（jiàn）車削加（jiā）工夾具程序

薄壁零件因其結構緊湊、質量輕、節省材料等（děng）特點，在各（gè）工業部門日（rì）益得到廣泛應用。但由於薄壁零（líng）件強度低剛性差，加工過程中極（jí）易變形，難於保（bǎo）證零件的加（jiā）工精度，所以薄壁（bì）零件加工難成（chéng）為一個凸顯的問題。下麵以（yǐ）某型號產品的（de）一薄壁套筒為例，對薄壁零件（jiàn）的（de）數控車削加工工藝進行研究。

1、影響薄壁零件加工（gōng）精度的主要因素

影響（xiǎng）薄壁零件加工精度的因素有（yǒu）很多，但（dàn）歸納（nà）起來主要有以下三個方麵：

1.1 易受力變形

因壁薄，在夾緊力的作用下，容易產生變形，從而影響工件的尺寸精度和形狀精度。如圖1 所示。

圖 1 工件振動變形（xíng）

1.2 易受（shòu）熱變形

因工件較薄（báo），切削熱會引起工件熱變形，使工件尺寸難以控製。

1.3 易振動變形

在（zài）切削力（特別是徑向切削力）的作用（yòng）下，容易產生振動（dòng）和變形，影響工件的尺寸精（jīng）度和形狀、位置精度和表麵粗糙度。

2 、薄壁零（líng）件加工案例分析

如下圖 2 所示，是企業接單生產的薄壁零件。為了（le）提高產品的合格率，我們從工件的裝夾（夾具的設計加工）、工藝路（lù）線分析、刀具幾何（hé）參數、切削用量等方（fāng）麵進行綜（zōng）合考慮。實踐證明，有效提高零件的精度，保證了產品的質量，提（tí）高了生產效率，為企業贏得了（le）經濟（jì）效益。

圖 2 薄壁零件

2.1 圖樣、毛坯及加工難點的分（fèn）析

2.1.1 圖樣分析該零件是一個套類（lèi）薄壁零件，左端為一個70 mm、厚度為 5 mm 的薄大凸外圓（yuán），在（zài）外圓右端麵上有（yǒu）一 58 mm、寬度（dù）和深度都為 3 mm 的端麵槽，左端中間由壁寬為 5 mm、厚為 3 mm 的六塊肋板組成，肋板（bǎn）中間（jiān）有 20 mm、厚（hòu）為 1.5 mm 的圓孔（kǒng）。零件右端為一個圓筒，壁厚（hòu）為4 mm，在48 mm 的圓筒外圓麵上加工有M48 × 2 的三角螺（luó）紋，整個零件的工藝倒角為 0.5× 45°，總長為 55 mm。

2.1.2 零件毛坯分析毛坯是由生產廠家鑄造成型（xíng）的粗坯，材料為 45#鋼，需要加工零件的外圓、端麵、端麵槽和螺紋部分，其中螺紋是加（jiā）工重（chóng）點，每個麵（miàn）的加工餘量小，隻（zhī）有 0.5～1 mm，而加工的（de）批（pī）量（liàng）又較大。

2.1.3 從零件圖樣要求及材料分析加工此零件的難度主（zhǔ）要（yào）有兩點：①主要（yào）因為是薄壁零件，材料為 45#鋼，批（pī）量（liàng）較大，既要考（kǎo）慮如何保證工件在加工時的定位（wèi）精度，又要考慮裝夾（jiá）方便可靠。而我們通常都是用三爪卡盤夾持外圓或撐內孔的裝（zhuāng）夾方法來加（jiā）工（gōng）。但此零件較（jiào）薄，車削（xuē）受力點與（yǔ）夾緊力作用點相對較遠，還需車削M48 × 2 螺紋（wén），受（shòu）力很大（dà），剛性不足（zú），容（róng）易引起

晃動。因此要充分考慮如何裝夾和定（dìng）位的問（wèn）題。②螺紋加工部分厚度隻有（yǒu） 4 mm，而且（qiě）精度要求較高。

2.2 夾具的（de）設計

2.2.1 右端外圓的裝夾設計此端為薄壁（bì），厚度為 4 mm。從圖 3 中可以看到零件是在三爪自定心卡盤上裝夾，零件隻受到三個爪（zhǎo）的夾緊力，夾緊力不均衡，會出現圖 1 的（de）情況，使零件（jiàn）變形。如圖 4 所示，采用開縫套（tào）筒裝夾，增大零件（jiàn）的裝夾（jiá）接觸麵，零件的變形小，此方法可行。

圖 3 三爪（zhǎo）自定心（xīn）卡盤裝夾圖 4 開縫（féng）套（tào）簡裝夾

2.2.2 裝夾（jiá）采用的辦法對於毛坯上 5 mm 凸圓的右端麵以及端麵槽、右端外圓和螺紋的（de）車削，裝夾采用的辦法就是先在卡盤的三個（gè）卡爪上按（àn）要求車削一個直徑為80 mm、深度為 2 mm 的圓孔（kǒng）。之後，分別焊接一個扇型凸台，凸（tū）台厚度為5 mm，將卡爪改進成如圖 5 所示的情況，用來夾住（zhù）零件的左端，然後在零件的右端設計一個專用夾具如（rú）圖 6 所示，把其放入內孔中，用（yòng）來固定並頂住零件右端，從而形成（chéng）一（yī）夾一頂（dǐng）的牢固裝夾，其裝夾示意圖如圖 7 所示。當加工完成後，右端專用夾具可從零件內孔抽（chōu）出，如圖 8 所示，從而完（wán）成零件的裝卸（xiè）。

圖 5 卡爪改進

圖 6 專用夾具

圖 7 裝夾示意圖 8 專用夾具

2.3 加工工藝的製訂

2.3.1 螺紋的加工工藝分析（xī）螺紋的加工是該零件的重（chóng）點（diǎn）和難點，加工部分厚（hòu）度隻有 4 mm，而且精度要求（qiú）較高。在加工螺紋的（de）時候，要（yào）非（fēi）常的（de）小心，加工螺紋的（de）切削速度和進給（gěi）量都要充（chōng）分考慮。另外，數控加工螺紋的指令也要選擇恰當，可以根據工件的具體情況，分析（xī）一下采用哪種程序指令進行螺紋的數控加工。

FANUC 數控（kòng）係統螺紋編程（chéng）指令（lìng）有（yǒu） G32、G92、G76。G32 是簡單螺紋（wén）切削，顯然不適合。G92 螺紋切削循環采用直進（jìn）式（shì）進刀方式，刀具兩側刀（dāo）刃同時切削工（gōng）件，切削力較大，而且排屑困難。因此（cǐ）在切削時（shí），兩切削刃（rèn）容易磨損。從（cóng）以上對比可（kě）以看出，隻簡單利（lì）用一（yī）個指令進行車削螺紋是（shì）不夠完善的，采用（yòng） G92、G76 混用進行（háng）編程（chéng），即先用 G76 進行螺紋粗加工，再用 G92 進行精加工，在薄壁（bì）螺紋加工（gōng）中，將有兩大優點：一方麵（miàn），可（kě）以避免因切（qiē）削量大而產生薄壁變形。另（lìng）一方（fāng）麵，能夠保證螺紋加工的精度。

2.3.2 合理安排加工工藝路線（見下表）。

合理安排加工工藝（yì）路線表

2.3 加工工（gōng）藝（yì）

2.4 刀具的選擇

該企業所用數（shù）控車（chē）床與高速鋼刀具都（dōu）是從外國進口的，其（qí）質量與性能都（dōu）能得到保證。在薄壁零件的車削中（zhōng），合理的刀具幾何角度對車削時切削力（lì）的大小，車削中（zhōng）產生的熱變形、工（gōng）件表麵的（de）微觀質量都是至關（guān）重要的。刀具前角（jiǎo）大小決定著切（qiē）削變形與刀具前角（jiǎo）的鋒（fēng）利程度。前角大，切削變形和摩擦力減小，切削力減小。但前角太大，會使刀具的楔角減小，刀具強度減弱，刀（dāo）具散（sàn）熱（rè）情況差（chà），磨損加快（kuài）。所以，一般車（chē）削鋼件材料的薄壁零件（jiàn）時，用高速鋼刀（dāo）具，前角取 6°～30°，用硬質合金刀具，前角取 5°～20°。

2.5 切削參數的選擇

薄壁零（líng）件車削時變（biàn）形是（shì）多方（fāng）麵的，裝夾工件時的夾緊力、切削工件時的切削力、工件阻（zǔ）礙刀具（jù）切削時產生的彈性變形和塑性變形，使切削區溫度升高而產（chǎn）生熱變形。所以粗（cū）加工時，背吃刀量和進給量可以取大些；精加工時，背吃（chī）刀量一般在 0.2～0.5 mm，進（jìn）給量一般（bān）在 0.05～0.1 mm/r，甚至更小（xiǎo），切削速度 60～120 mm/min，不宜過高。根（gēn）據切（qiē）削用量的選用原則，合理的確定（dìng）數（shù）控車床的（de）各項切削參數： ① 粗車時，主軸（zhóu）轉速600～800 r/min，進給速度 F120～F160，留精車（chē）餘量（liàng） 0.3～0.5 mm。②精車時，主軸轉速 1 200～1 500 r/min，進給速度 F60～F80，采用一次走刀（dāo）完成。③螺紋加工時，用 G76 粗車完成（chéng）後，留給精車餘（yú）量 0.1～0.2 mm，再用 G92 指令精車三次，主軸轉速 500 r/min

2.6 切削液的選擇

在車削薄壁工件時，切削液是必不可少的，應根據加工（gōng）材料（liào）、加工性質和刀具材料等具體情況選用適當的切削液，才會更有利於（yú）加工的進行。該企業他們統一用專用的冷卻油，冷卻（què）效果明顯，對（duì）工件和刀具的潤滑作用很（hěn）好。最（zuì）後，進行科學編程並進行單件試製加工後調整，再批量生產。

3 、加工時的注意事（shì）項

①要（yào）遵（zūn）守安全操（cāo）作守則，安全（quán）文明（míng）生產。

②工件要夾緊，以防在（zài）車削時打滑飛出傷人和紮刀。

總之，通過實際加工生產，以上措施很好地（dì）提高了薄壁零件的加工精度，減少了工件裝夾與校正的時間，降低了操作者的勞動強度，提高效率並保證加工後零件的質量，經濟效益十分明（míng）顯。

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