薄壁套的加工工藝與夾具設計

陳惠珍

摘 要：機床中夾具的設計是現代設備實際生產中不可或缺的一部分，薄壁套由于其自身結構占有空間少，本身剛性差的特點，在加工時會造成一定程度的困難，因此作者設計了一種針對不同作用，不同空間類型的薄壁套夾具，一定程度上改善了其夾具易變形的問題，提高了質量的同時，且提升了工作效率。

關鍵詞：薄壁套加工；夾具；柔性設計

中圖分類號：TG75 文獻標識碼：A

在實際的生產中薄壁套的零件是比較難加工的，薄壁套類零件是用來支撐旋轉軸及軸上零件，該類零件主要表面是內孔和外圓，因此其在加工上有一定的困難，但柔性材料一定程度上可以改善這種狀況，國內外也對這種材料進行了大量的研究。由于自身因素，加工過程中因受力的作用，會產生震動及形變等問題，對薄壁套件的尺寸選擇、形狀的準確度及質量產生影響。尤其對零件的內孔加工影響較大，達不到標準要求，通常情況下是用扇形的軟爪來夾住零件的外圓，用以增大接觸面積。但這方法只對于單個、少量生產適合，滿足不了大量的零件生產，還會出現夾力過緊，致使零件發生變形，進而對生產效率產生嚴重的影響，在很大程度上增大了生產的成本。若想提高零件的生產效率，增加經濟效益，應該設計一種比較合理的夾具來生產此類零件，從源頭解決此問題。

1.薄壁零件結構與加工工藝

1.1 基本結構

薄壁零件的組成一般是由其側壁和腹板，它形狀比較復雜，它的尺寸比較大而截面積相對很小，因此外觀要求高，其使用要求決定結構要在符合標準的強度和剛度條件下重量要比其他零件小。它的加工過程中，難以控制的問題除了加工變形問題外還有它的切削振動問題。切削振動指的是在用車床切削時候產生的振動。振動一旦加劇，會出現振幅超過幾十μm的激烈振動，通常還會伴隨很大的噪聲。這也給薄壁零件的制作增加了一定困難，在切削加工中，振動可能會超過100μm，此時刀具或工件會有松脫的危險，因此不能再繼續進行加工。振幅在100μm以下時，雖然可以進行加工，但已加工表面會殘留明顯的振動劃痕，是精加工表面不能允許的。因此，種種條件限制薄壁結構的精確性。

薄壁零件的整體壁板，主要是由蒙皮、筋條和凹臺等部分結構組成，它具有重量相對較輕，結構比強度相對較高，并且減少了裝配過程中的工程量，但它的剛性較低，因此使用過程中容易變形。梁類零件是只要應用于裝載機上的受力薄壁零件，它的結構類型比較復雜，有工字型，U字型等類型，結構的復雜性決定加工的困難性，尤其是加工變形的問題。緣條，長桁類零件一般用于裝載機的機身結構的受力薄壁零件。它的材質一般選用擠壓型材，這樣可以在一定程度上減輕切削后的變形，而且可以相應的減少誤差，避免了裝配應力。

薄壁零件的結構材料一般選用比強度高的鋁合金材料。鋁合金材料按其制作方法分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩類，其在加工前需要通過熱處理來提高強度。

1.2 加工工藝

薄壁材料的加工工藝一般分為以下幾個方面：首先，薄壁材料的選取，一般為高強度的鋁合金。由于它在加工變形方面不易控制，因此它的加工精度無法通過常規的加工工藝保證，而且它的缺口比較敏感，需經過機械打磨處理。其次，薄壁零件結構切削振動會影響加工的精確性。然后薄壁材料的加工對協調精度也有一定的要求，對結合孔和接頭部位之間精度有較高的要求。然后，薄壁零件在加工過程中容易產生建工變形，因此需對其進行變形控制與矯正。

2.夾具結構與使用方法

2.1 夾具的結構

柔性結構的組成一般包括：底座結構、滑動結構、支承結構及夾緊結構。如圖1所示。

底座結構：夾具的基礎，同時連接夾具中各部件。

滑動結構：由液壓控制系統驅動，包括其相關的液壓控制機構及系統中所有起定位作用的導軌、滑塊，滑動結構的作用主要為實現夾具的柔性定位如圖1所示。

支承結構：對夾具系統中起支承作用。它的組成是由夾具的伸縮機構及夾具上的頂珠組成如圖1所示。

夾緊結構：由升降柱頂部的真空吸盤和真空泵組成。為滿足工況表面的吸附要求，真空吸盤需具備相應的柔度和貼合度。真空泵選擇時需要它對工件有足夠的吸附力，這樣才能減小加工過程中的振動或翹曲引起的變形。

2.2 使用方法

薄壁套零件的右側與右壓盤可以通過螺絲釘固定住。在車床的卡盤上借助右壓盤的右側臺階固定此設備。旋轉螺母通經過頂環向右側擠壓支撐環，此時軸向彈簧被壓縮。頂桿的內端頭頂桿錐面沿軸錐面滑動，使頂桿沿支撐軸的徑向向外側移動，通過連接螺桿和支撐彈簧推動支撐扇向外側移動，并使支撐扇的外側表面靠在薄壁零件的內側壁上，此時彈簧被拉伸，對薄壁零件起徑向支撐作用。調整外限位螺母和內限位螺母在頂桿上的位置，可起到上下限位作用，防止頂桿上下移動距離過量。加工完畢，向相反方向旋轉螺母，頂桿在拉簧作用下可自動向內側移動，脫離對薄壁零件的徑向支撐，拆下薄壁零件即可。

為了滿足零件外圓及內孔同軸度的要求，在夾具使用時可以對換套進行更換，使零件與換套之間的接觸精度得到提高，同時也能提高零件加工的質量。并且可以長時間重復使用夾具，也可大大降低了生產成本，提高了夾具的應用年限。

3.專用夾具的加工參數選擇

3.1 切削用量的選擇

對于薄壁零件來說致使它變形的主要原因之一是切削，在切削時主要產生切削力，而切削力是影像變形的根本原因，因此可通過減小切削力來避免零件變形。合理選擇切削用量的三要素能適當減少切削力，從而起到減少變形的作用，在尺寸精度、形位精度和表面粗糙度方面得到有效控制成為切削加工的關鍵問題。當進給量f以及背吃刀量ap取值較大時為粗加工的薄壁套零件；當進給量f以及背吃刀量ap取值較小、且切削的速度在3m/min～5m/min時為精加工的薄壁套零件。

3.2 刀具參數的選擇

若提高工件的加工質量，需切削下很薄的切削層，這需要適當控制刀具?？赏ㄟ^增大刀具的前角和后角來減少切削的塑性變形，減小了后刀面與加工表面直接的摩擦。但是，前角和后角的角度過大則會使車刀的楔角過小，會使刀尖的強度降低，易導致刀具的磨損，因此，刀具的參數選擇應適當、合理。材料為45號鋼的薄壁套零件可以采用YT30硬質合金刀具，前角取10°～20°，選擇較大的主偏角，可選70°～90°。

參考文獻

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