薄壁件加工中的振動問題及控制

廖勝輝

（廣東省梅州市磁性材料廠，廣東梅州，514031）

薄壁件加工中的振動問題及控制

廖勝輝

（廣東省梅州市磁性材料廠，廣東梅州，514031）

本文對薄壁件在加工過程中引起振動的因素進行了分析,通過改變工件的夾緊方式和定位基準,設計制作工裝夾具和刀具幾何角度,考慮加工薄壁件的合理工藝,順利解決了工件變形問題,保證了加工質量，提高了加工效率。

薄壁件；振動；夾具設計；車刀；加工

0 引言

大直徑薄壁零件加工一直是機械加工中的難題，車削提供了更好的條件來提高薄壁件加工的質量和效率。但是需要工件的裝夾和定位，選擇合理的刀具和設計刀具參數。以下的內容是本人已在實際工作中遇到的大直徑真空泵(薄壁件)的加工為例，介紹如何實現大直徑薄壁件的數控車削外圓與端面。

1 工件結構及裝夾分析

我單位在2004年格蘭仕項目中需要加工真空泵抽氣桶零件，這個工件對于長度尺寸要求不高，但是定位尺寸φ263毫米和別的工件有配合，起密封作用，不能漏氣。否則會影響到模具在壓制過程里抽水效果，造成壓制成型的產品質量不合格。所以精度尺寸高。毛坯件采用YB231-70熱軋無縫管，上道工序采用氧割下料，長度610毫米，端面參差不齊。

根據圖紙技術要求，由車床加工定位尺寸φ263毫米和總長度600毫米。這個工件的圖紙看似簡單，很普通的一個零件。難點在于加工外圓與端面的尾部無定位。一個是無中心孔定位，二個是外圓直徑已超過車床中心架，中心架無作用。而由于長度較長，工件剛性差，在夾緊力作用下產生變形，加工時，尾部沒有定位。在徑向切削力的作用下容易產生振動和變形，輕者影響到工件的尺寸精度和表面粗糙度。重者在加工過程里會發生工件翻車事件，嚴重威脅到工人生命的安全事故和質量事故。為此，普通的裝夾方式加工是無法加工出來。

2 定位夾具的設計

普通裝夾工件加工無法加工，為了達到圖紙要求的精度。根據對零件的加工工藝研究，該工件長度長，直徑大，工件只能夾持一端，另一端無定位夾具，不可能夾持一端后加工端面和外圓。通過設計加工出專用尾部定位夾具，減少薄壁件在加工過程中產生的振動，利用夾具的定位才能確保加工過程中的穩定和尺寸精度，保證工件的加工質量。工件的尾部定位變得至關重要，由于毛坯件無中心孔，扶架也不適合。只有設計加工出專用定位夾具，根據毛坯件的內孔尺寸，設計出球頭螺釘，定位塊和專用頂尖。按照示意圖按照好球頭螺釘和放松螺母安裝在定位塊上，再將定位塊安裝在專用頂尖上。

3 裝夾定位

裝夾時卡盤采用四爪正爪裝夾，以增加與工件接觸面，減少裝夾變形，工件一端和車床卡盤端面接觸。由于工件外圓可以不加工，只要在裝夾時候打表調節工件兩端與機床同心度就可以。車床尾座裝入專用頂尖，緩慢搖動尾座手柄，將定位夾具伸入工件內孔大致30左右，此時需要細致調節定位塊上四枚球頭螺釘，反向緩慢撐緊工件內面，然后鎖緊防松螺母。這個需要操作者自己體會。此時，工件已經裝夾定位完畢。卡盤端面限制工件X軸平移自由度，定位塊限制了工件的Y軸旋轉和平移自由度。也限制了Z軸的平移和旋轉自由度。

4 加工工藝制定

（1）粗車刀幾何角度設計和加工工藝制定。先加工端面，由于端面采用氧割下料，端面粗糙。綜合考慮，刀片材料選用耐沖擊硬質合金YG8，刀把45材料。刀具選用主偏角κr=85度，后角取αO=4-6度，加強刀刃強度。前角不能太鋒利，也不能太鈍，太鋒利在工件沖擊時打刀，太鈍又會產生振動。選用前角γO=0度，刃傾角一樣選擇λs=0度。副偏角選擇κr′＝5-7度，副后角αO=5-7度。以減少刀具和工件摩擦。刀具各個角度選好后，用油石修磨主切削刃，前刀面可以不開設排銷槽。

（2）精車刀幾個角度設計。精加工余量較少，選用YT15刀片硬質合金，刀把45材料。依舊采用主偏角κr=85度，采用較大前角γO=15度，使刀具鋒利，刃傾角λs=8-10度，控制切削方向。副偏角，副后角，后角均取6-8度，主切削刃和刀尖油石研磨，開設排銷槽。

（3）端面切削深度，切削速度和進給量。粗加工時候，根據所用的車床性能，工件的端面不平整，加工時候是斷續切削，刀具受到很大的沖擊作用，為了避免打刀，可以分為幾次走刀，選擇較低的切削轉速，切削深度為2毫米，手動進給量0.15，留1毫米精車。利用手柄控制進給量，把端面清理干凈。精車時候，轉速可以快些，也是控制手柄手動進給。這樣可以保證端面與定位尺寸φ263垂直。切削速度在保證合理的刀具耐用度條件下，采用較高的切削速度，被吃刀量1mm,一刀車完。提高生產率。

（4）外圓車刀角度的設計和加工工藝制定：由于外圓余量較少，可以直接精車加工出來。車刀：選用YT15硬質合金刀片材料，主偏角90度，前角10-12度，后8-10度，刃傾角8-10度，副后角8-10度，副主偏角8-10度，磨出過度刃和排銷槽。

（5）外圓切削深度，切削速度和進給量

切削用量的選擇原則是：首先采用較大的切削深度，其次采用較大的進給量，最后按刀具耐用度選擇合理的切削速度。我們在加工時候，由于工件的特殊性，直徑大，長度長，剛性差。所以切削深度，切削速度和進給量都不需太大。

一端加工好后，掉頭加工另一端，為了減少夾緊力對已加工定位尺寸φ263的變形，裝夾時候車床卡盤與工件之間增加一件開縫套筒。這個開縫套筒的作用是增加裝夾面積，使夾緊力均勻分布在工件上，使工件不易變形。以同樣的定位方法，加工方法，加工工藝，加工出另一端。

在上述加工端面和外圓時候，不管是粗車還是精車，都要開啟冷卻液，減低切削溫度，減少刀具與工件摩擦，提高刀具耐用度的同時也提高工件的加工精度和起到清洗工件和機床作用。也起到潤滑工件和機床作用，減少刀具，鐵銷，工件之間的摩擦，減輕粘接和抑制切削瘤。改善加工表面粗糙度。同時也起到防銹作用。我單位的習慣一直選用乳化液，價格便宜，使用方便。

5 結束語

在這篇論文中，重點的核心內容是定位夾具的設計，這種夾具的設計思路，拆裝方便，可以解決各種型號薄壁件的外圓與端面加工，具有通用性。刀具的設計和切削三要素起到輔助作用，可能在實際加工中，有的工人不會嚴格按照設計的刀具磨刀，也不會嚴格按照切削三要素來選擇，適當的調整刀具角度和切削三要素，也能加工出圖紙要求的精度。但是定位夾具設計和加工才是重中之重。這個夾具的設計思路可以擴大機床的使用范圍，也徹底解決了大直徑薄壁件的加工振動問題，提高工件的精度，也適合長薄壁件的整個外圓加工。

[1]龔才元.金屬切削原理與刀具[M].航空工業出版社.1991.08.

[2]姬文芳.機床夾具設計[M].航空工業出版社.1994.03.

Vibration problem and its control in machining of thin wall parts

Liao Shenghui
(magnetic materials factory, Meizhou City, Meizhou Guangdong, 514031)

The thin-walled components in processing process caused by factors of the vibration are analyzed, by changing the workpiece clamping and positioning datum, design and production of industry and trade fixtures and cutting tool geometry angles, consider reasonable process of thin-walled workpiece,successfully solved the problem of workpiece deformation, guarantee the processing quality, processing efficiency is improved.

thin-walled parts; vibration; fixture design; lathe; machining