薄壁管件內脹式車削工裝設計

周潤鋒

【摘 要】本文針對某一設備上的關鍵零件，設計為一種薄壁管件結構形式，壁厚較薄，加工過程中在交變切削力（特別是徑向切削力）的作用下薄壁筒類零件容易變形和產生振動，因而很難控制其加工精度。為了進一步保證其加工精度，進行了車削工藝分析，針對薄壁管件容易裝夾變形，在車削加工中也容易受力變形的難題，研制高精度內脹式車削工裝，解決了薄壁管件車削加工中出現(xiàn)的技術難題。

【關鍵詞】薄壁管件；內脹式車削工裝；設計

0 引言

薄壁管件在機械加工中定位難度大，裝夾、加工變形嚴重，要保證高的加工精度在機械加工領域中是一項難題。主要有以下難題：

（1）工件彈性模量較小

由于彈性模量小，在外力（切削力和夾緊力）的作用下，容易產生較大的彈性變形，使工件很難獲得較高的加工精度，并且加工過程中會引起已加工表面和刀具后刀面之間的劇烈摩擦，從而加快刀具的磨損并引起振動，在工件壁厚很薄的情況下表現(xiàn)更加明顯。

（2）易產生振動

在交變切削力（特別是徑向切削力）的作用下薄壁管件容易產生受迫振動和自激振動，當振動頻率與薄壁筒類零件的固有頻率接近時，會產生不利于加工的共振現(xiàn)象，在被加工表面留下振動痕跡，影響工件的表面粗糙度和尺寸精度。

有一種薄壁類零件筒體厚度約為0.50mm，在自然狀態(tài)下呈不規(guī)則的橢圓狀，設計需在該筒體中部加工厚度為0.20mm的環(huán)形帶，裝夾定位難度非常大，無法采用常用方法設計專用夾具，需要針對零件特點設計專門的夾具，來解決零件加工過程裝夾的難題。針對加工中出現(xiàn)的上述問題，開展了薄壁管件的加工工藝研究，首先進行內脹式車削工裝的研制。

1 加工工藝分析

該零件原工藝中采用磨削加工的方法加工中間超薄壁部位，工件表面質量直接由砂輪修磨后的砂輪表面質量決定，同時成型磨削力較大，引起的磨削熱易使工件產生變形、燒傷等。

同時由于薄壁管件硬度低和剛性差，導致加工過程中受切削力的影響易產生較大的變形，因此提高零件質量就要從這些方面入手?？赏ㄟ^以下措施優(yōu)化薄壁管件的加工工藝：

1.1 合理選擇切削參數(shù)

在零件剛度一定的情況下，可以通過減小切削力來減少零件的變形。切削力的大小與背吃刀量、進給量大小成正比關系，可減少進給量和背吃刀量來減小切削力，從而減少工件的變形，提高加工精度。

1.2 合理選擇刀具

切削加工中，切削力的大小將直接影響薄壁管類零件的變形情況。因此，可通過選擇合理的刀具幾何參數(shù)來盡量減少加工時的切削力。選擇時應主要考慮以下幾個方面：為減少工件的彎曲方向的變形，刀具的主偏角應選擇較大的，以減少徑向切削分力；為減少切削力，應選擇較大前角的；刀具安裝時，應保證略高于工件中心線，使刀具后刀面與工件表面輕微接觸，以利于減小工件切削時產生的振動，提高切削過程的平穩(wěn)性，從而保證加工尺寸精度和表面質量。

1.3 合理的設計裝夾方式

薄壁管件加工時裝夾方式的選擇尤其重要，選擇合理的裝夾方式，可有效的減少工件裝夾變形及在切削加工時受切削力引起的變形，常規(guī)的薄壁管件裝夾均采用芯軸法。即在加工外徑時，根據(jù)薄壁管件內徑尺寸，設計一種內撐的芯軸，與薄壁管件內腔形成配合，在加工外圓時起到支撐作用，同理加工內腔時，則根據(jù)外徑尺寸設計一種套筒，包裹在工件外部，加工內徑時起到支撐作用。這種工裝的缺點是，芯軸（套筒）配合部位的尺寸是固定的，當工件尺寸在公差范圍內有變化時，較難保證設計工裝時要求的配合間隙，針對這一問題，本文創(chuàng)新的設計出了一種，裝夾部位尺寸可以微調，從而保證配合間隙的夾具，下面進行詳細介紹。

綜合考慮磨削加工和車削加工的切削機理異同點，采用數(shù)控車削的加工方法可有效去除傳統(tǒng)磨削加工帶來的熱燒傷加工缺陷。因而工藝考慮使用現(xiàn)有高精度數(shù)控車床，解決磨削加工工藝容易燒傷薄壁管件的問題；并且配合薄壁管件車削工藝，設計精密內脹式專用夾緊裝置解決超薄件壁件加工定位難、工件容易因裝夾產生變形的問題；并通過系統(tǒng)試驗，尋找到通過有效途徑控制漲緊力的方法，減小由于漲緊力過大或者過小引起的變形。

2 內脹式車削工裝的結構設計

對于薄壁管件，夾緊力、車削力對工件成型精度（包括：尺寸、圓度、表面粗糙度等）影響很敏感。為了保證薄壁管件較高的加工定位精度，并盡量減小工件裝夾時的變形，創(chuàng)新的研究設計整圓式定位漲緊的方式，避免在加工中出現(xiàn)車漏，定位準確度低，裝夾工件變形大的問題，同時設計芯軸為兩端加工高精度的帶護錐的加長中心孔，車削加工時，工裝在機床上采用兩端頂住中心孔的方式裝夾，以提高芯軸本身在機床上的定位精度。

內脹式車削工裝的是設計原理是是利用脹套徑向的變形量對工件進行脹緊，保證與每個工件都能有合理的配合間隙，并對工件產生脹緊力。脹緊力作用在工件與脹套之間，并產生摩擦力，大于切削力時，加工中使工件與芯軸保持一體狀態(tài)，在車床上進行旋轉，以保證車削加工的可靠性。如圖1，工裝主要由壓緊墊、圓螺母、芯軸、錐度芯軸、脹套等組成，其中芯軸兩端加工有頂尖孔，用來將工裝裝夾在機床上。脹套裝初工件為間隙配合，錐度芯軸外圓與脹套錐度內圓為錐面配合，當脹套固定不動時，在外力作用下，移動錐度芯軸組件，使脹套在徑向發(fā)生彈性變形，將工件漲緊。此微小的調整量，利于不同工件內徑尺寸有微小不同時，該工裝仍能保證合理的配合間隙，從而保證加工質量。

為保證加工精度，設計脹套與工件加工部位為整圓式完全接觸，保證絕大部分工件與工裝能夠配合緊密，結構如圖2，選用尼龍作為脹套的材料，彈性好，可保證每次脹緊量。

3 脹緊力的控制

脹緊力太大易使工件產生變形，影響加工精度，太小，不能滿足夾緊要求，脹緊力控制的難點是在裝配過程中實際脹緊力是無法測量的，只能間接控制漲緊力。結構設計時考慮在軸向施加外力，使錐度芯軸與脹套作相對移動，設計通過控制軸向移動量的方法達到控制徑向變形量，從而控制漲緊力的大小。

4 結論

a.通過工藝技術分析，研究設計的內脹式車削工裝，解決了薄壁件定位與夾緊難題，同時通過控制脹緊力，減小了工件的夾緊變形和加工變形；

b.研究設計的內脹式車削工裝已成功應用到我院的產品試制中。

【參考文獻】

[1]機械工程手冊，第8卷，機械制造工藝（二）[M].機械工業(yè)出版社.

[2]金屬切削機床夾具設計手冊[M].第二版，機械工業(yè)出版社.

[責任編輯：王楠]