薄壁零件車削加工的工藝方案

李浩權

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.25.085

摘 要：通用加工工藝在數控車床上加工薄壁零件，加工精度是比較難控制的。原因是薄壁零件剛性差、強度低，在加工中極容易變形，使零件的形位誤差增大。加工中需要解決的主要問題是控制和減小變形，同時提高切削效率，縮短加工周期。其加工工藝需要從工件裝夾、切削用量、刀具幾何角度選用等多方面進行優化。因此對薄壁零件的裝夾、刀具的合理選用、切削用量的選擇等進行探討和分析。

關鍵詞：薄壁零件 加工變形 芯軸裝夾 工藝方案

中圖分類號：TG51 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）09（a）-0085-02

隨著科學技術的發展，數控車床的普及，數控車床加工精度高、高效率、加工范圍廣、調試方便等優勢在機械加工中占有越來越重要的地位。薄壁零件是較常用的零件，大部分薄壁零件外型并不復雜，在數控車床加工編程較為容易，但由于薄壁零件強度低、剛性差，在加工過程中會受到切削力、切削熱、工裝夾具、工件內應力等多方面的因素干擾，使其在實際加工中不易操作。因此，根據薄壁零件的形狀特點，產量，設計一套專用的工裝夾具。不但提高了零件的加工精度，也提高了的生產效率。

1 薄壁零件加工存在的問題

薄壁零件如圖1所示。毛坯材料為45#鋼材，毛坯規格為φ45mm×7.5mm無縫鋼管棒料。零件外徑是φ38mm，內孔是φ34mm，壁厚僅為2mm，而且均有尺寸公差0.02mm，同軸精度和垂直精度均0.02mm。通過分析零件技術要求和零件形狀特點，零件的精度較高。加工難點是零件壁薄，實際加工時容易在夾緊力、切削力的作用下產生變形和振動，從而影響零件的尺寸精度、形狀和表面粗糙度。

2 薄壁零件加工工藝方案設計

2.1 工藝方案一

由于零件的毛坯是無縫鋼管棒料，可用自定心三爪卡盤夾緊，實行一次裝夾加工。具體步驟是先粗車后精車。首先用粗車刀粗車內孔至φ33.5mm，外圓至φ38.5mm和φ42.5mm；再用精車刀精車內孔和外圓；最后就是用切斷刀切斷。一次裝夾能夠保證零件的同軸度和垂直度。

工藝方案一的缺點：由于零件壁薄，容易振動，機床主軸過松，機床剛性過低或過強都會產生振動，切斷刀切斷時零件會產生內應力，導致零件微小的變形，從而使零件的尺寸不穩定和難以控制。工藝方案一適合加工單件或者加工精度低的產品，不適合加工精度高的大批量產品。

2.2 工藝方案二

工藝方案二，要分三道工序加工。

（1）第一道工序：由于零件的毛坯是無縫鋼管棒料，用自定心三爪卡盤夾緊，實行粗加工，各尺寸均留0.5～0.8mm的余量，切斷。

（2）第二道工序：采用大面積扇形軟爪裝夾，精加工內孔φ34mm和零件的A面，如圖2所示。

如果采用普通自定心三爪卡盤夾緊，零件容易變形，因為普通的三爪卡盤夾緊時，受力集中在三點，薄壁零件強度低，剛性差，易變形。夾緊力偏小時，零件在車削時受切削力的影響使零件松動，嚴重時出現撞刀。而大面積扇形軟爪裝夾能有效地減少變形，因為扇形軟爪的裝夾面是與零件的外徑表面相配合的。能增大零件的接觸面積，增大夾緊力的作用面積，使零件支持面增大，夾緊力均勻分布在零件表面上，用軟爪的端面進行軸向定位。加工軟爪時，軟爪端面與軟爪的裝夾面一次裝夾加工，保證軟爪端面和軟爪的裝夾面垂直，提高零件定位精度，減小零件變形，甚至避免零件變形。

（3）第三道工序：采用錐體芯軸裝夾，精加工外圓φ42mm、φ38mm和零件B面，保證零件的總長，如圖3所示。

錐體芯軸裝夾由夾具體、錐體、推件塊、墊圈及內六角螺釘組成。

其工作方式是先將加工好內孔和A面的零件套在夾具體上，再由內六角螺釘鎖緊，由墊圈壓緊錐體，錐體受力向內移動使夾具體膨脹，從而使零件內孔均勻受力而夾緊。當精加工完后松開內六角螺釘，推件塊推動錐體向外移動，使夾具體不再膨脹，從而松開零件。

使用錐體芯軸裝夾，最主要的是夾具體，如圖4所示。

夾具體采用優質碳素結構鋼牌號為60#鋼材加工而成，因為此鋼的強度和彈性都比較好。加工夾具體時要注意，C面、D面及內錐面為一次裝夾加工，保證C面和D面的垂直度，D面和內錐面的同軸度，裝夾零件時，以C面作軸向定位。夾具體的外圓應比零件的內孔尺寸小0.05～0.08mm，方便零件的裝夾。內錐大徑為28mm，錐度取8°，錐長45mm，孔深55mm。在D面處開8條小槽，槽寬2mm，長45mm，有利于夾具體受力膨脹夾緊零件。

錐體與內六角螺釘的配合，如圖5所示。

錐體的大徑是28.4mm，錐度8°，內孔11mm。內六角螺釘是M10×90的，錐體與內六角螺釘的配合是完全松動的。內六角螺釘上有一個寬3mm的推件塊，固定在內六角螺釘上，其作用是阻擋錐體滑落。推件塊上有一個R0.8mm的小孔，作用就是固定推件塊。固定推件塊位置時，應離錐體2mm。這樣，零件加工完成后，松開內六角螺釘由螺釘上的推件塊帶動錐體往外移動，快速松開零件。

工藝方案二，能有效地減少薄壁零件的切削變形和夾緊變形，能有效控制薄壁零件的尺寸精度，對加工大批量精度高的薄壁零件，不但提高了零件的加工精度，也提高了生產效率。

3 薄壁零件加工時合理選擇刀具的幾何角度和切削用量

3.1 合理選擇刀具的幾何角度

在薄壁零件的車削中，合理的刀具幾何角度對車削時切削力的大小、車削中產生的熱變形、工件表面的粗糙度都是至關重要的。刀具的主要幾何角度對切削力的影響是很大的。

（1）刀具前角的大小，決定著切削變形與刀具的鋒利程度。前角大，切削力和摩擦力減小，切削變形減小。但前角太大，會使刀具的楔角減小，刀具強度減弱，刀具散熱情況變差，磨損會加快。車削鋼件材料的薄壁零件時，用硬質合金刀具，前角取5°～20°。粗車時取較小前角，精車時取較大前角。

（2）刀具后角的大小，決定著刀具后刀面與工件表面的摩擦情況。后角大，摩擦力小，切削力也相應減小，但后角太大也會使刀具強度減弱。在車削鋼件材料的薄壁零件時，用硬質合金刀具，后角取4°～12°，粗車時取較小后角，精車時取較大后角。

（3）刀具主偏角的大小，決定著軸向切削力和徑向切削力的分配情況。主偏角增大，徑向切削力減小，而軸向切削力增大；反之徑向切削力增大，而軸向切削力減小。車削薄壁零件的內外圓時，無論粗車或精車，主偏角取90°～95°。

（4）刀具副偏角的大小，影響著刀具與以加工表面間的摩擦情況和工件表面粗糙度值的大小。車薄壁零件時，副偏角取8°～15°，粗車時取較大的副偏角，精車時取較小的副偏角。

3.2 合理選擇切削用量

切削力的大小與切削用量密切相關。背吃刀量和進給量同時增大，切削力增大，變形也大，對車削薄壁零件極為不利。減少背吃刀量，大進給量，切削力雖然有所下降，但工件表面殘余面積變大，表面粗糙度值增大，使強度不好的薄壁零件的內應力增加，同樣也會導致零件的變形。所以，粗加工時，背吃刀量和進給量可以給大些，精加工時背吃刀量一般在0.3～0.8mm，進給量一般在0.1～0.2mm/r甚至更小，精車時用盡量高的切削速度，但不宜過高。合理選擇切削三要素就能減少切削力，從而減少變形。

4 結語

上文主要是講述了直徑較小的薄壁零件在加工中出現的問題及采取的一些措施，如果直徑較大的薄壁零件在加工中還可以利用一些施工圈、輔助支承等工裝夾具。歸根結底正確掌握薄壁零件的安裝和夾緊，采取軸向夾緊，減少加工中的變形，是解決車削薄壁零件的關鍵。在實際加工生產中，由于加工對象復雜多樣，特別是輪廓曲線的形狀及位置千差萬別，加上材料不同，批量不同等多方面因素的影響，在對零件制定加工方案時，應該進行具體分析和區別對待，靈活處理。只有這樣，才能使制定的加工方案合理，從而達到高質量、高效率和低成本的目的。

參考文獻

[1] 宋小春.數控車床編程與操作[M].廣州：廣東經濟出版社，2003.

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