薄壁類零件的數控車削
2013-5-5 來源: 作者:
筆者在校(xiào)工作期間參與(yǔ)了薄壁產品的加工研(yán)究,使用(yòng)的數控機(jī)床是CK7525(寶雞機床有限公(gōng)司,係統為FANUC0i ),從而掌握了薄壁孔零件的加工(gōng)。產品的形狀如圖1 所示。該產品是用於航(háng)空機械上麵的一個零(líng)部件,孔壁很薄,且直徑比較大,加工精度要求高,給加工帶來了較大的難度。產品的材料是2024,它是一種典型的硬鋁合金。其(qí)強度高,綜合性能(néng)好,具有(yǒu)良好的抗疲勞強度和(hé)良好的切削加(jiā)工性能,但是抗腐蝕(shí)性較差。由於該產品壁厚最小處達到(dào)2.16mm ,且前端的壁厚要求(qiú)均勻,給切削加工帶來了較大的難度。
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,並且設計了一些專用夾具和具有特色的(de)圓圈套。本(běn)文主要從工藝分析、夾具設計及加(jiā)工步驟三方麵對該產品的加工過程進行闡述。
1. 工藝分析
從外形來看,這個零件屬於回轉體薄壁零件。我們主要(yào)考慮先在臥式(shì)車床上進行粗加工(gōng),然後(hòu)在數控(kòng)車床上進行半精加工和精加工完成工件。同時必須考慮這個零件的(de)以下特性:
(1 )裝夾的(de)時候,由於工(gōng)件比較薄,為了避免(miǎn)裝夾產生變(biàn)形,下料的時候比工件長50mm左右,從而在(zài)毛坯的位置(zhì)夾緊。
(2 )工件壁薄,在加工的時候容易受切削力的影響而變形,因此必需使用新的夾具裝夾(jiá)工件。
(3 )工件的直徑較大,切(qiē)削的時候產生很(hěn)大的熱(rè)量,造成(chéng)工件變形。
2. 工藝(yì)流程
經過一段時間的試製和工藝流程(chéng)的不斷改進,最終(zhōng)確定了一(yī)份行之有(yǒu)效的工藝流(liú)程。
(1 )下料階段,為了防(fáng)止裝夾使工件產生變形,選用外圓(yuán)為φ 270m m,內孔直徑為230m m的套(tào)類毛坯(pī),長度為(wéi)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(miàn),保證工(gōng)件長度(dù)為247mm,便於進(jìn)行加工定位。同時加工外圓和內孔處的錐度。
(3 )進行熱處理,消除工件的內應(yīng)力,提高綜合性能。
(4 )在數控車床上半精加工(gōng)外形,此過程采用尾座頂住工件的右端(duān)麵。加工過程要充分(fèn)冷卻,裝夾的時候采用反軟爪裝夾(jiá)工件。
(5 )拆下工件,進行時效處理,消除(chú)工件的內應力(lì)。
(6 )使用塑膠圓圈套(tào)住(zhù)工件的外圓,半精加工工件的內腔。
(7 )拆下工件,進行時效處理(lǐ),消除工件的內應力。
(8 )使用塑膠圓圈套住工件的外圓,精加工工件的(de)內(nèi)腔(qiāng)達到合格尺寸(cùn)。
(9 )拆下工件,進行時效處理,消除工件的內應力。
(10)重(chóng)新裝夾(jiá),采用專用夾具裝(zhuāng)夾工件,精加工(gōng)工件的外形至合格尺寸(cùn)。
(11)切斷工件(jiàn),切斷防止工件變形,切斷刀寬度為1mm。
由於工件壁厚隻有2.16mm ,並(bìng)且加工的直徑較大,金屬的(de)膨脹係(xì)數大,如果半精車和精車在(zài)一次裝夾中連續車削,所產生的(de)切削熱會對工件的尺寸精度影響極大(dà),甚至(zhì)會使工件卡死在夾(jiá)具(jù)上拆不下來。所以為了避免(miǎn)進行精加工時出現(xiàn)較高(gāo)的溫度,我們選用較低的轉(zhuǎn)速進(jìn)行精加工,同時把半精加工和精加工分開(kāi),且把內孔(kǒng)和(hé)外圓的加(jiā)工(gōng)也分開。時刻注意工件的(de)溫度變(biàn)化對尺寸精度產生(shēng)影響。同時在加工(gōng)的時候為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(chǎn)品的批量不是很(hěn)大,對本產品的加工設計了兩套輔助夾具,一個是簡單的塑(sù)膠圓圈,另一個是簡單輔助夾具。現對兩個(gè)夾具的分析如下:
(1 )塑(sù)膠圓圈裝夾車削(見圖2 )。塑(sù)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(shēng)變形;塑膠圓圈2 放(fàng)置在前端的(de)小圓弧處,防止進刀的時候產(chǎn)生變形。
(2 )簡單輔助夾具設計,如圖3 所示。精(jīng)加工外圓時(shí),由於孔壁非常薄,加工中很容易產生變(biàn)形,因此設計了一套簡單夾具,成本很低。裝夾時(shí)首先把心軸打進數控機床的主軸(zhóu)孔內,再(zài)把工件放到自定心卡盤上麵,此時(shí)輕微的夾緊;接下來放入塑料墊圈,放的時候要與心軸的錐度進行一定的配合(hé),然後再(zài)把鋁合金墊塊(彈簧與(yǔ)墊塊(kuài)是連(lián)在一起的)放上去;最後采用回轉頂尖(jiān)頂住,回轉頂尖不能用太大力,否則會(huì)發生變形;最後夾緊自定心卡盤,完成工件的(de)裝夾。
4. 加工步驟
為了滿足加工需求,我們半精加(jiā)工編寫了兩條(tiáo)程(chéng)序,分別(bié)為外形加工和內(nèi)腔加工。精加工也(yě)編寫(xiě)外形加工和內腔加工兩條程序。切斷加(jiā)工編寫了一條程序。步驟如下:
(1 )半精加工薄(báo)壁零件外形(xíng)。由於工件的加工餘量為6mm左右,並且分(fèn)布不均勻(yún),如(rú)果采用一次加工成形的話很容易產生誤差,而且造成內應力分布不均,因此通過修改機床的刀補(1 號和7 號位置),加工兩遍來達到目的。第一次加工3mm,第二次(cì)也加工3mm。
(2 )半精加工薄壁零件內腔。使用塑(sù)膠墊圈套住工件外形,進行薄(báo)壁(bì)零件內腔的半精加工。由於加工餘量較大(dà),采用步驟1 的方法。通過修改機床的刀補(1 號和8 號位置)加工兩遍來達(dá)到目的。第一次加工3mm,第(dì)二次也加工3mm。
(3 )精加工薄壁零件內腔。使用塑膠墊圈套住工件(jiàn)外形,精加工薄壁零件外形,達到合格要求。
(4 )精加工薄壁零件外形。采用(yòng)設計的夾具裝夾工件,精(jīng)加工薄壁零件外(wài)形(xíng),達到合格要求。
(5 )切(qiē)斷工件,保證工件的長度,切斷刀(dāo)的刀寬為1mm,防止切削時產生較大徑向力,使工件變形。
5. 結語(yǔ)
經過(guò)生產實踐證明,這組夾具結構(gòu)合理,定位可(kě)靠,夾緊力均勻,整體剛度高,通(tōng)用性好,而且輕便靈活,可以提高切削速度,減輕勞動強度。這種加工方法一(yī)次交(jiāo)檢合格率大於98% ,完全達到了設(shè)計要求,提高了生產效率。
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