薄壁類零（líng）件的數控車削
2013-5-5 來源： 作者：
筆者在校工作期間參與了薄壁產品的加工（gōng）研究，使用的數控機床是CK7525（寶雞機床有限公司，係統為FANUC0i ），從而掌握了薄（báo）壁孔零件的加工。產（chǎn）品的形狀（zhuàng）如圖1 所示。該產品（pǐn）是用於航空機械上麵的一個零部件，孔壁（bì）很薄，且直徑比較大，加工精度要求高，給加工帶來了較大的難（nán）度。產品的材料是2024，它（tā）是一種典型的硬鋁合金。其強度高，綜合性能好，具有良好的抗疲勞強度和良好的切削加工性能，但是抗腐蝕（shí）性較差。由於該產品壁厚最小處達到2.16mm ，且前端的壁厚要求均勻，給切削加工帶來（lái）了較大的難度。
為了在數控車床上加工該產品，使其達到要求，我們製定了合理的工藝流程，並（bìng）且（qiě）設計了一些（xiē）專用夾具和具有特色（sè）的圓圈套。本文（wén）主要從工藝分析、夾具設（shè）計（jì）及加工步（bù）驟三方麵對該產品的加工過程（chéng）進行闡述。
1. 工藝分析
從（cóng）外形來看，這個零件屬（shǔ）於回轉體薄壁零件。我們主要考慮先在臥式車床上進行粗加工，然後在數控車床上進行半精加（jiā）工和精加（jiā）工完（wán）成工件（jiàn）。同時（shí）必須考慮這個零件的以下特性：
（1 ）裝夾的時候，由於工件比較薄，為了避免裝（zhuāng）夾產生變形（xíng），下料（liào）的時（shí）候比工件長50mm左右，從而在毛坯的位置夾緊。
（2 ）工件壁薄，在加（jiā）工的時候容（róng）易受切削力的（de）影響而變形，因此（cǐ）必（bì）需使用新的夾具裝夾工件。
（3 ）工件的直徑較大，切削的時候（hòu）產生很大的（de）熱量，造成工件變形。
2. 工藝流程
經過一段時（shí）間的試製和工藝流程的不斷改進，最終確（què）定（dìng）了一份行之有效的工藝流程。
（1 ）下料階段，為了防止裝夾使工件產生變形（xíng），選用外圓為φ 270m m，內孔直徑為230m m的套類毛坯，長（zhǎng）度（dù）為250mm（預留50mm 裝夾位置）。
（2 ）在臥式車床上進行粗加工，車平兩邊端麵，保證工件長度為247mm，便於進行加工定位。同時加工外圓和內孔處的錐度（dù）。
（3 ）進行熱處理，消除工件的內應力，提高（gāo）綜合性能。
（4 ）在數控車（chē）床上半精加工外形，此過程采用尾座頂住工件的右端麵。加工過程要充分冷卻，裝夾的時候采用反軟爪裝夾工件。
（5 ）拆下工件，進（jìn）行時效處理，消除工件（jiàn）的內應力。
（6 ）使用塑膠圓圈套住工件的外圓，半精加工工件的內腔。
（7 ）拆下工件，進行時（shí）效處理，消除工件的內應（yīng）力。
（8 ）使用塑膠圓圈套（tào）住工件的（de）外圓，精加工（gōng）工件的內腔達到（dào）合格尺寸。
（9 ）拆下（xià）工件，進行時效處理，消（xiāo）除（chú）工件（jiàn）的內應力。
（10）重新裝（zhuāng）夾，采用專（zhuān）用夾具（jù）裝夾工件，精加工工件的（de）外形至合格尺寸。
（11）切斷工件，切斷防止工件（jiàn）變形（xíng），切斷刀寬度（dù）為1mm。
由於工件（jiàn）壁（bì）厚隻有2.16mm ，並且加工的直徑較大，金屬的膨脹係數大（dà），如果半精車（chē）和精車在一次裝夾中連續車削，所產生的切削（xuē）熱會對工件的尺（chǐ）寸精度影響（xiǎng）極大，甚至會使工件卡死在夾具上拆不下（xià）來。所以為了避免進行精加工時出現較高的溫度，我們選用較低的轉速進行精加工，同時把半精加工和精加工分（fèn）開（kāi），且把內孔（kǒng）和外圓的加工也分開。時刻注意工件的溫度變化對尺寸精（jīng）度產生影響。同時在加工的時候為（wéi）了消除工件的內應力，加工完成後進行時效處理。
3. 夾具設計
由於產品的批量不是很大，對本（běn）產品的（de）加工設計了兩套輔助夾具，一個是簡單的（de）塑膠圓圈，另一個（gè）是簡單輔（fǔ）助夾具。現對兩個夾具的分析如下：
（1 ）塑膠圓圈裝夾車削（見圖2 ）。塑膠圓圈1 放置在工件的中間位置，防止內孔車刀加工到中間位置產生變形；塑膠圓（yuán）圈2 放置在前端的小圓弧（hú）處，防（fáng）止（zhǐ）進刀的（de）時候產生變形。
（2 ）簡單輔助夾具（jù）設計，如圖3 所示。精加工外（wài）圓時，由於孔壁非常薄，加工中很（hěn）容（róng）易產生變形，因此設計了一套簡單夾具，成本很低。裝（zhuāng）夾時首先把心軸打進（jìn）數控機床的主軸孔內，再（zài）把工件放到（dào）自（zì）定心卡盤（pán）上麵，此時（shí）輕微的夾緊；接（jiē）下來放入塑料墊（diàn）圈（quān），放的時（shí）候要與心軸的錐度進行一定的配合，然後再（zài）把鋁合金墊塊（彈簧與墊塊（kuài）是（shì）連在一起的）放上去；最後采用回轉頂尖頂住，回轉（zhuǎn）頂尖不能用太大力，否則會發生變形（xíng）；最後夾緊自定心卡盤，完成工件（jiàn）的裝（zhuāng）夾。
4. 加工步驟
為了滿足加工需（xū）求，我們半精加工編寫了兩條程序，分（fèn）別為外形加工（gōng）和內腔加工。精（jīng）加工也（yě）編寫外形加工和內腔加工兩條程序（xù）。切斷加工編（biān）寫了一條程序。步驟如下：
（1 ）半（bàn）精加工薄壁零件（jiàn）外形。由於工件的加工餘量為6mm左右，並且分布不均勻，如果采用一次加工成形的（de）話很（hěn）容易產生誤差，而且造成內應力分布不均（jun1），因此通過修改機床的刀補（1 號和7 號位置），加工兩遍來達到目（mù）的。第一（yī）次加工3mm，第二次也加（jiā）工3mm。
（2 ）半精加工薄壁（bì）零件內（nèi）腔。使用塑膠墊圈套住工件外形（xíng），進（jìn）行薄壁零件內腔的半精加（jiā）工。由於加工餘量較大，采用步驟1 的方法。通過修改機床（chuáng）的刀補（1 號和8 號位（wèi）置）加工兩遍來（lái）達到目（mù）的（de）。第一次加工3mm，第二次也（yě）加工3mm。
（3 ）精加工薄壁零件內（nèi）腔。使用塑膠（jiāo）墊圈套住工件外形，精加工薄壁零件外形，達到合（hé）格要求。
（4 ）精加工薄壁零件外形。采用設計的（de）夾（jiá）具裝夾工件，精加工薄壁零件外形，達到合格要求。
（5 ）切斷工件（jiàn），保證工件的長度，切斷刀的刀寬為1mm，防止切削時（shí）產生較大（dà）徑向力，使工件變形。
5. 結語
經過生（shēng）產實踐證明，這組夾具結構合理（lǐ），定位可靠，夾緊力均勻（yún），整體（tǐ）剛度高，通用性好，而且輕便靈（líng）活，可以提高切削速度，減（jiǎn）輕（qīng）勞動強度。這種加工方（fāng）法一次交檢合格率大於98% ，完全達到（dào）了設計要求，提高了生產效率。
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