淺談數控車床加工薄壁類零件工藝分析

張建國

（陜西省機械高級技工學校，陜西 漢中 723003）

0 前言

隨著科學技術的飛速發展，社會對機械產品的結構、性能、精度、效率和品種的要求越來越高，單件與中小批量產品的比重越來越大。傳統的通用、專用機床和工藝裝備已經不能很好地適應高質量、高效率、多樣化加工的要求。其中數控車床由于具有高效率、高精度和高柔性的特點，在機械制造業中得到日益廣泛的應用，成為目前應用最廣泛的數控機床之一。

1 影響薄壁零件加工精度的因素

影響薄壁零件加工精度最大原因是零件的變形。機械加工中的工件變形問題，是比較難以解決的問題。首先必須分析產生變形的原因，然后才能采取應對的措施。

1.1 工件的材質和結構會影響工件的變形

變形量的大小與形狀復雜程度、長寬比和壁厚大小成正比，與材質的剛性和穩定性成正比。 所以在設計零件時盡可能的減小這些因素對工件變形的影響。

1.2 工件裝夾時造成的變形

工件裝夾時，首先要選擇正確的夾緊點，然后根據夾緊點的位置選擇適當的夾緊力。因此盡可能使夾緊點和支撐點一致，使夾緊力作用在支撐上，夾緊點應盡可能靠近加工面，且選擇受力不易引起夾緊變形的位置。

其次要增大工件與夾具的接觸面積或采用軸向夾緊力。增加零件的剛性，是解決發生夾緊變形的有效辦法，但由于薄壁類零件的形狀和結構的特點，導致其具有較低的剛性。這樣在裝夾施力的作用下，就會產生變形。增大工件與夾具的接觸面積，可有效降低工件裝夾時的變形。

1.3 工件加工時造成的變形

工件在切削過程中由于受到切削力的作用，產生向著受力方向的彈性形變，就是我們常說的讓刀現象。應對此類變形在刀具上要采取相應的措施，精加工時要求刀具鋒利，一方面可減少刀具與工件的摩擦所形成的阻力，另一方面可提高刀具切削工件時的散熱能力，從而減少工件上殘余的內應力。

1.4 加工后應力變形

加工后，零件本身存在內應力，這些內應力分布是一種相對平衡的狀態，零件外形相對穩定，但是去除一些材料和熱處理后內應力發生變化，這時工件需要重新達到力的平衡所以外形就發生了變化。解決這類變形可以通過熱處理的方法，把需要校直的工件疊成一定高度，采用一定工裝壓緊成平直狀態，然后把工裝和工件一起放入加熱爐中，根據零件材料的不同，選擇不同的加熱溫度和加熱時間。熱校直后，工件內部組織穩定此時，工件不僅得到了較高的直線度，而且加工硬化現象得到消除，更便于零件的進一步精加工。鑄件要做到時效處理，盡量消除內部的殘余應力，采用變形后再加工的方式，即粗加工-時效-再加工。對于大型零件要采用仿形加工，即預計工件裝配后的變形量，加工時在相反的方向預留出變形量，可有效的防止零件在裝配后的變形。

2 實際應用中提高薄壁零件加工精度

薄壁零件，是我校用數控車床對外加工產品中難度較大的零件，為了提高產品的合格率，我們從工件的裝夾、刀具幾何參數、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，保證了產品的質量。

2.1 分析工件特點

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：

（1）主要因為是薄壁零件，螺紋部分厚度僅有4mm，材料為45號鋼，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，而我們通常都是用三爪卡盤夾持外圓或撐內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，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。

（2）螺紋加工部分厚度只有4mm，而且精度要求較高。目前廣州數控系統GSK980TDa螺紋編程指令有G32、G92、G76。G32是簡單螺紋切削，顯然不適合；G92螺紋切削循環采用直進式進刀方式，刀具兩側刃同時切削工件，切削力較大，而且排削困難，因此在切削時，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生誤差。但由于其加工的牙形精度較高；G76螺紋切削循環采用斜進式進刀方式，單側刀刃切削工件，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，在薄壁螺紋加工中，將有兩大優點：一方面可以避免因切削量大而產生薄壁變形，另一方面能夠保證螺紋加工工的精度。

2.2 優化夾具設計

由于工件較薄，剛性較差，如果采用常規方法裝夾工件及切削加工，將會受到軸向切削力和熱變形的影響，工件會出現彎曲變形，很難達到技術要求。因此，需要設計出一套適合上面零件的專用夾具。

2.3 合理選擇刀具

（1）內鏜孔刀采用機夾刀，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生振紋；

（2）外圓粗、精車均選用硬質合金90°車刀；

（3）螺紋刀選用機夾刀，刀尖角度標準，磨損時易于更換。

2.4 分析工藝過程

2.4.1 加工步驟

（1）裝夾毛坯15mm長，平端面至加工要求；

（2）用Φ18鉆頭鉆通孔，粗、精加工Φ21通孔；

（3）粗、精加工Φ48外圓，加工長度大于3mm至尺寸要求；

（4）調頭，利用夾具如圖2所示裝夾，控制總長尺寸35mm平端面；

（5）加工螺紋外圓尺寸至Φ23.805；

（6）利用G76、G92混合編程進行螺紋加工；

（7）拆卸工件，完成加工。

2.4.2 切削用量

（1）內孔粗車時，主軸轉速每分鐘 500～600轉，進給速度 F0.2～F0.25，留精車余量 0.2～0.3mm；

（2）內孔精車時，主軸轉速每分鐘1100～1200轉，為取得較好的表面粗糙度選用較低的進給速度F0.1～F0.15，采用一次走刀加工完成；

（3）外圓粗車時，主軸轉速每分鐘1100～1200轉，進給速度F0.25～F0.3，留精車余量 0.3～0.5mm；

（4）外圓精車時，主軸轉速每分鐘1100～1200轉，進給速度F0.1～F0.15，采用一次走刀加工完成。

2.5 加工時的幾點注意事項

（1）工件要夾緊，以防在車削時打滑飛出傷人和扎刀；

（2）在車削時使用適當的冷卻液（如煤油），能減少受熱變形，使加工表面更好地達到要求；

（3）安全文明生產。

3 結束語

綜上所述，對于易變形工件，在毛坯和加工工藝上都要采用相應的對策，需根據不同情況加以分析，都會找到一條合適的工藝路線的。通過實際加工生產，以上措施很好地解決了加工精度不高等問題，減少了裝夾校正的時間，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量，經濟效益十分明顯。

［1］楊琳.數控車床加工工藝與編程[M].中國勞動社會出版社,2009.

［2］韓鴻鸞.數控車工[M].機械工業出版社,2007.