數控車床薄壁件的加工工藝分析

施加祥

（江蘇省高郵中等專業學校，江蘇 高郵 225600）

數控加工作為一種高效率高精度的生產方式，尤其適用于形狀復雜精度要求高的模具制造業，以及成批大量生產的產品。此外數控加工在航空業、電子行業及其他多個行業領域都得到了較廣泛的應用。從零件圖紙到合格的零件的產生需要有一個比較嚴謹的數控加工過程，不合理的加工工藝不但浪費大量的時間，還無效地增加勞動者的勞動強度，甚至會加工出廢品來。

在數控車削加工中，薄壁零件的加工問題，一直是操作者較為頭疼的問題。由于薄壁件本身較薄的特殊性，變形是其最突出的加工問題，因此必須對工件的裝夾、刀具角度、程序編制等方面進行合理的設置，才能有效地克服薄壁零件加工過程中出現的變形問題，實現順利加工，保證加工精度。

1 薄壁件變形影響因素分析

薄壁件之所以會變形，是受數控加工過程中諸多因素的影響，其影響因素有：材料、裝夾、刀具等，如何將薄壁件的變形降低到最小程度，必須分析諸多影響因素中的最主要素。

（1）受力變形。這種變形影響因素是首先要考慮的。因工件壁薄，夾緊力稍大或者加工時刀具施加于工件上的切削力都會導致工件發生變形。加工過程中，測量被加工的孔尺寸和形狀精度是合格的，但當夾緊力去除后，這種變形將導致孔尺寸精度和形狀精度發生變化。

（2）受熱變形。切削時，切削量過大、刀具磨損、材料硬度等因素會導致工件發熱，因工件較薄，切削熱會引起工件產生較為明顯的熱變形，在熱脹冷縮的作用下，使工件尺寸精度和形狀精度發生變化。

（3）振動變形。由于工件材質不均勻、刀具磨損與運動的不穩定、切削力的變化等，會使工件旋轉或刀具運動時產生振動。振動會引起工件變形，直接影響工件的尺寸和形狀精度及表面精糙度。

既然影響薄壁件加工精度的因素找到了，那么我們應該如何提高薄壁零件的加工精度呢？筆者結合加工實例對數控加工工藝進行分析，為讀者進一步了解薄壁件加工特點提供幫助。

2 薄壁件變形問題的解決技術

因為薄壁件加工比較困難，尤其是內孔的加工。在切削的過程中，薄壁受到切削力的作用，發生變形，會出現工件加工成橢圓或中間小、兩頭大的“腰形”現象。再加工薄壁件加工時散熱性能差，產生熱變形，也產生尺寸和形狀誤差，導致零件產生綜合的變形，尺寸和形狀精度達不到圖紙要求。如何降低切削力對工件變形的影響，是首先需解決的技術問題。

（1）采用薄壁銅套管。針對薄壁件加工極易產生變形、裝夾變形、受熱變形等缺點，在加工的過程中，在所要加工的薄壁部位設計一種專用薄壁銅套管，如加工任意直徑d的套筒，制作保護用套管，如圖1所示：

圖1 薄壁銅管制作

根據上述圖紙提供的技術要求，工件采用銅管進行制作，要求內孔和外壁的表面粗糙度為R a 1.6，用車削即可達到。但是內孔的圓柱度為0.03，對于薄壁零件來說要求較高，所以可以用磨削加工來實現內圓的加工。在批量生產中，工藝路線為：下料—熱處理—車端面—車外圓—車內孔—磨削—質檢。

將套管長度車至略小于零件長度，并開三條細縫，做成銅三爪，裝夾在工件上，這樣可以使刀具和卡盤對工件的作用力均勻地分布在工件表面上，可以對加工的薄壁件起到防止變形作用。

（2）采用專用護軸。薄壁件加工前做一件護軸。護軸主要目的：是把車好的薄壁套內孔以原尺寸套住，用前后頂尖固定使它在不變形的情況下加工外圓，保持外圓加工質量和精度，這樣做，適用于先加工孔再加工外圓柱的加工工藝方式。所以，護軸的加工對工薄壁套管的加工能起關鍵作用。

加工護軸毛坯可用45#碳結構圓鋼，先車端面、開兩頭B型頂尖孔，再粗車外圓，留余量1 m m。經熱處理調質定形、精車留0.2 m m余量后研磨。重新熱處理淬火表面，硬度H R C 50，再經外圓磨床研磨，使其達到精度要求，車完后備用。如圖2所示。

圖245#碳結構圓鋼

為能使工件一次性加工形成，毛胚留切斷余量。先把毛坯進行熱處理調質處理，硬度為H R C 28～30（可加工范圍的硬度）。

安裝固定工件時，采用雙頂尖裝夾。首先把前頂尖放進主軸錐孔內固定，另一端采用活絡頂尖頂住。為防止夾薄壁套時的工件變形，增加一個開環厚套，如圖3所示。

圖3 開環厚套

為保持批量生產，薄壁套管外圓的一頭經過加工，加工成統一的尺寸d、t，采用開環厚套，壓緊薄壁套管，實現軸向夾位。薄壁套管被壓緊后，提高車內孔時的質量，保持尺寸精度。考慮到有切削熱產生，工件膨脹尺寸難掌握，加工時，需要澆注充分的切削液，減少工件的變形。

用自動定心三爪卡盤將工件夾牢，車工件端面，粗車內圓，留余量0.1～0.2 m m。換上精車刀把切削余量去除，工件內孔加工到護軸過盈配合和所需表面粗糙度要求即可。卸下內孔車刀和工件，插入護軸至前頂尖，用尾座頂尖夾緊護軸，換外圓車刀粗車工件外圓，再精車工件達圖紙要求。經過檢驗合格后，用切斷刀按長度要求將工件切斷。

通過以上兩種方法加工薄壁套管，解決了變形或造成尺寸誤差和形狀誤差而達不到加工精度的問題，實踐證明加工效率較高、較快，易于操作，并且適合加工較長的薄壁零件，尺寸容易掌握，一次性完工，批量生產也較為容易。

3 薄壁件孔的加工技術研究

車薄壁件孔的關鍵技術是解決內孔車刀的剛性和排屑問題。

（1）增加內孔車刀的剛性，我們采用以下措施：①盡量增加刀柄的截面積，通常將內孔車刀的刀尖位于刀柄的上面，這樣刀柄的截面積較小，還不到孔截面積的1/4,如圖3所示：

圖3 內孔車刀

若使內孔車刀的刀尖位于刀柄的中心線上，那么刀柄在孔中的截面積就可大大增加。②刀柄伸出長度盡可能做到比加工工件長度長5～8 m m，以增加車刀刀柄剛性，減小切削過程中的振動。

（2）解決排屑問題。解決排屑時，主要控制切屑的流出方向，粗車刀要求切屑流向待加工表面（前排屑），所以采用正刃傾角的內孔車刀。如圖4所示。

圖4 正刃傾角的內孔車刀

4 薄壁件的加工刀具選用和切削用量的選擇

（1）選用適合工件特性的刀具。如為了滿足鋁合金加工特性，粗車可采用Y D 101硬質合金刀具，精車時采用聚晶金剛石刀具。其刀具角度是前角5°～20°，后角4°～12°，主偏角30°～90°。粗車刀具主偏角可取小值，精車刀具主偏角可取大值，以發揮粗精加工刀具的切削功能，保證加工質量的穩定性。

（2）切削用量的選擇。切削力的大小與切削用量密切相關，在試驗中發現：切削深度和進給量同時增大后，由于切削力增大而工件變形也增大；減小背吃刀量增大進給量時，其切削力反而有所下降，但零件加工表面的切削殘留應力增大，表面粗糙度值增大。選用合適的切削用量是防止薄壁件變形的有效措施之一。

（3）切削液選用調配 根據該工件材質以及刀具等因素綜合考慮，可選用乳化液，采用較高濃度的配比，能有效地降低切削熱，減少熱變形。

5 結語

一般數控機床的加工工藝和普通機床的加工工藝大同小異，但數控機床能夠通過程序自動完成機床的加工，減輕操作者勞動強度，同時能夠更為精確地加工出合格零件。由于數控加工整個加工過程都是自動完成的，因此我們在加工零件之前就必須把加工過程做一個比較合理系統分析，做好加工前期準備工作，確保零件尺寸、形狀、位置精度，避免不合格品的產生。

通過生產加工實踐證明，采用以上加工方案進行加工的薄壁件質量能滿足實際需要，不但能達到薄壁件的尺寸、形狀、位置等的精度要求，而且工件表面的粗糙度與裝配的質量都能符合設計圖紙的要求。通過以上的加工工藝和加工方法加工薄壁件，能為加工同類零件或機械加工件提供借鑒。

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