论文部分内容阅读
摘 要：薄壁零件的加工问题，一直是较难解决的，通过探讨薄壁类零件在加工中存在的易变形、零件尺寸及表面粗糙度不易保证等技术问题，对加工难点进行分析，给出了工艺路线和加工方案，通过优化、完善装夹方法，从而有效解决此类薄壁类零件的车削加工难题，为以后加工此类薄壁零件提供了经验借鉴。
关键词：薄壁零件；变形；夹具
薄壁零件应用越来越广范，它具有重量轻，节约材料，结构紧凑等特点，但薄壁零件刚性差，强度弱，装夹基准面小，加工过程中容易变形，不易保证加工质量和精度，因此如何正确的加工薄壁零件也是一个棘手的问题。
1 基本情况介绍
该薄壁套零件，材料为45#钢，壁厚最薄2mm，薄壁套最大直径为Ф70mm，内孔粗糙度为0.8，同时内孔精度要求在0.021mm内；外圆要求在0.021mm内，且精度要求较高，零件左端面有端面圆弧，其形状及尺寸如图一所示：
2 薄壁零件的工艺分析
2.1 工艺难点
影响该薄壁零件加工精度的主要因素主要有三方面的问题
①易受力变形 薄壁零件不易装夹，工件壁薄，在较大的夹紧力下，容易产生夹紧变形。
②易受热变形 因工件壁薄，过大的切削热会使工件产生热变形，不易保证工件精度要求。
③易振动变形 在高速切削过程中，工件易产生振动，从而影响工件的形位精度和表面粗糙度。
2.2 工艺方案过程
零件初始的工艺方案为：
①夹持毛坯料，钻孔，内外交叉车削薄壁内外圆和Ф80外圆保证精度。②对零件切断，为保证总长，长度提前预留1mm 。③为保证薄壁零件的形位精度，我们采用扇形软爪和开缝套筒对薄壁进行装夹。④零件调头，切削端面保证总长。⑤切削端面圆弧。
通过这种方案加工出的工件经过三坐标测量机的检测，零件薄壁外圆和内孔的圆度已经发生变化 ，为了保证工件的形位公差，我们变径向装夹为轴向装夹。
零件改后的方案为：
① 对零件薄壁进行粗精车
选用Ф24的钻头钻深度为80的孔，用内孔刀粗车内孔留精加工余量，对于Ф30的端面孔可以直接用Ф24钻头钻孔，留余量为轴向装夹定位时使用。用外圆车刀粗车Ф70、Ф80外圆，留精加工余量，之后分别对零件内孔和外圆进行精车，保证零件的尺寸精度，交叉车削最大限度的减少了零件的受力变形。
②切断零件并留余量
选用4mm的切断刀切断零件，并留有1～2mm的余量，以保证总长，切断时的转速和进给都不宜过高。
③采用专用夹具对零件进行装夹
薄壁类零件，刚性很差，采用软爪装夹和开缝套筒也会对工件造成夹紧变形，为此我们设计一心轴来固定零件，极大的减小了零件的径向变形（此心轴为螺纹配合），如（图二）所示。将零件固定在夹具上，用外圆刀切削工件端面，保证总长。
④用左偏刀车削端面圆弧
将左偏刀横装在刀架上，刀尖对准工件端面，由外向里车削端面圆弧，进给速度不宜过快。
⑤用端面槽刀对零件进行最终切断
零件在加工过程中，用螺栓加垫片紧固Ф24孔端面来固定零件，图中端面孔的尺寸应为Ф30，选用3mm的端面槽刀，对零件进行切断，转速进给不宜过高。
2.3 刀具的选择
在零件的加工过成中刀具材料和车刀角度的合理选择对生产效率和工件表面粗糙对有很大影响，
所以正确选择刀具材料和刀具角度是加工中关键的问题
2.3.1 刀具材料要求
①高的硬度；②足够的强度和韧性；③高的耐磨性和红硬性； ④良好的导热性；⑤良好的工艺性；⑥良好的抗粘结性和化学稳定性。
2.3.2 刀具几何角度选择要求
①考虑工件的具体情况，如毛坯是锻造件还是铸造件，毛坯料的材质等。②考虑刀具的材料和结构，如高速钢、硬质合金或陶瓷等，整体的机夹方式。③注意几何间的参数关系，如选择前角时应考虑断屑槽的形状，刃倾角的正负等。④了解具体的加工情况，如机床，夹具等。⑤正确处理刀具的锋锐性与强度，耐磨性之间的关系。
精加工刀具角度的合理选择：
外圆精车刀 Kr=90°～93°，Kr’=15°α0=14°～16°，α01=15°，γ0适当增大。
内孔精车刀 Kr=60°，Kr’=30°，γ0=35°，α0=14°～16°，α01=6°～8°，λs=5°～6°。
2.4 加工路线的优化
为使薄壁零件在加工过程中的变形对精度的影响减到最小，普通的车削很难保证零件的精度，应对零件进行内外交叉进行车削。
①先用Φ24的钻头进行钻底孔。再选用Φ30的钻头进行扩孔，扩孔的深度大约有70mm左右，用钻头进行钻孔可代替车刀的车削，效率比车削快。②粗车Φ66的内孔，留0.5的余量。③粗车Φ70的外圆，留0.5的余量。④精加工薄壁内外轮廓，保证精度。⑤用4mm的切断刀把工件切断，留1～2mm的余量，以保证总长。⑥用专用夹具固定零件，切削端面保证总长，左偏刀切削零件左端圆弧部分。⑦用端面槽刀把工件切断。
3 总结
通过以上分析，对于薄壁零件的加工方法可归纳如下：
①粗、精加工分开。合理的工序安排减弱了因装夹和热变形对工件质量的影响，机床也得到合理的使用。②粗、精加工之间增加去应力工序，以最大限度地消除工件内部的应力。去应力后的工件在随后的精加工中能够较好的保证零件的形状和尺寸精度。③精加工余量。合适的加工余量既能保持工件本身较好的基本强度，同时能保持切削时的散热与排屑。④装夹方式。合适的装夹方式，提高了加工效率，节省了加工时间。
4 结束语
在数控加工中经常会碰到一些薄壁零件，本文对薄壁套零件加工的工艺特点、防止变形的工艺方法、车刀的几何角度及路线优化进行了简单的分析和阐述，为今后更好的加工薄壁零件提供了经验积累。
参考文献：
[1]《机械工程手册》之《机械制造工艺及设备》（一）卷[M].机械工业出版社，1996.
[2]《航空制造工程》之计算机辅助制造工程分册[M].航空工业出版社，1995.
[3]王启平主编.机械制造工艺学[M].哈尔滨工业大学出版社，1990.
[4]刘立.数控车床编程与操作[M].北京理工大学出版社，2006.8.
[5]车工.职业技能鉴定教材编审委员会[M].中国劳动出版社，2004.7.
[6]穆国岩.数控加工编程与操作[M].机械工业出版社，2008.8.
关键词：薄壁零件；变形；夹具
薄壁零件应用越来越广范，它具有重量轻，节约材料，结构紧凑等特点，但薄壁零件刚性差，强度弱，装夹基准面小，加工过程中容易变形，不易保证加工质量和精度，因此如何正确的加工薄壁零件也是一个棘手的问题。
1 基本情况介绍
该薄壁套零件，材料为45#钢，壁厚最薄2mm，薄壁套最大直径为Ф70mm，内孔粗糙度为0.8，同时内孔精度要求在0.021mm内；外圆要求在0.021mm内，且精度要求较高，零件左端面有端面圆弧，其形状及尺寸如图一所示：
2 薄壁零件的工艺分析
2.1 工艺难点
影响该薄壁零件加工精度的主要因素主要有三方面的问题
①易受力变形 薄壁零件不易装夹，工件壁薄，在较大的夹紧力下，容易产生夹紧变形。
②易受热变形 因工件壁薄，过大的切削热会使工件产生热变形，不易保证工件精度要求。
③易振动变形 在高速切削过程中，工件易产生振动，从而影响工件的形位精度和表面粗糙度。
2.2 工艺方案过程
零件初始的工艺方案为：
①夹持毛坯料，钻孔，内外交叉车削薄壁内外圆和Ф80外圆保证精度。②对零件切断，为保证总长，长度提前预留1mm 。③为保证薄壁零件的形位精度，我们采用扇形软爪和开缝套筒对薄壁进行装夹。④零件调头，切削端面保证总长。⑤切削端面圆弧。
通过这种方案加工出的工件经过三坐标测量机的检测，零件薄壁外圆和内孔的圆度已经发生变化 ，为了保证工件的形位公差，我们变径向装夹为轴向装夹。
零件改后的方案为：
① 对零件薄壁进行粗精车
选用Ф24的钻头钻深度为80的孔，用内孔刀粗车内孔留精加工余量，对于Ф30的端面孔可以直接用Ф24钻头钻孔，留余量为轴向装夹定位时使用。用外圆车刀粗车Ф70、Ф80外圆，留精加工余量，之后分别对零件内孔和外圆进行精车，保证零件的尺寸精度，交叉车削最大限度的减少了零件的受力变形。
②切断零件并留余量
选用4mm的切断刀切断零件，并留有1～2mm的余量，以保证总长，切断时的转速和进给都不宜过高。
③采用专用夹具对零件进行装夹
薄壁类零件，刚性很差，采用软爪装夹和开缝套筒也会对工件造成夹紧变形，为此我们设计一心轴来固定零件，极大的减小了零件的径向变形（此心轴为螺纹配合），如（图二）所示。将零件固定在夹具上，用外圆刀切削工件端面，保证总长。
④用左偏刀车削端面圆弧
将左偏刀横装在刀架上，刀尖对准工件端面，由外向里车削端面圆弧，进给速度不宜过快。
⑤用端面槽刀对零件进行最终切断
零件在加工过程中，用螺栓加垫片紧固Ф24孔端面来固定零件，图中端面孔的尺寸应为Ф30，选用3mm的端面槽刀，对零件进行切断，转速进给不宜过高。
2.3 刀具的选择
在零件的加工过成中刀具材料和车刀角度的合理选择对生产效率和工件表面粗糙对有很大影响，
所以正确选择刀具材料和刀具角度是加工中关键的问题
2.3.1 刀具材料要求
①高的硬度；②足够的强度和韧性；③高的耐磨性和红硬性； ④良好的导热性；⑤良好的工艺性；⑥良好的抗粘结性和化学稳定性。
2.3.2 刀具几何角度选择要求
①考虑工件的具体情况，如毛坯是锻造件还是铸造件，毛坯料的材质等。②考虑刀具的材料和结构，如高速钢、硬质合金或陶瓷等，整体的机夹方式。③注意几何间的参数关系，如选择前角时应考虑断屑槽的形状，刃倾角的正负等。④了解具体的加工情况，如机床，夹具等。⑤正确处理刀具的锋锐性与强度，耐磨性之间的关系。
精加工刀具角度的合理选择：
外圆精车刀 Kr=90°～93°，Kr’=15°α0=14°～16°，α01=15°，γ0适当增大。
内孔精车刀 Kr=60°，Kr’=30°，γ0=35°，α0=14°～16°，α01=6°～8°，λs=5°～6°。
2.4 加工路线的优化
为使薄壁零件在加工过程中的变形对精度的影响减到最小，普通的车削很难保证零件的精度，应对零件进行内外交叉进行车削。
①先用Φ24的钻头进行钻底孔。再选用Φ30的钻头进行扩孔，扩孔的深度大约有70mm左右，用钻头进行钻孔可代替车刀的车削，效率比车削快。②粗车Φ66的内孔，留0.5的余量。③粗车Φ70的外圆，留0.5的余量。④精加工薄壁内外轮廓，保证精度。⑤用4mm的切断刀把工件切断，留1～2mm的余量，以保证总长。⑥用专用夹具固定零件，切削端面保证总长，左偏刀切削零件左端圆弧部分。⑦用端面槽刀把工件切断。
3 总结
通过以上分析，对于薄壁零件的加工方法可归纳如下：
①粗、精加工分开。合理的工序安排减弱了因装夹和热变形对工件质量的影响，机床也得到合理的使用。②粗、精加工之间增加去应力工序，以最大限度地消除工件内部的应力。去应力后的工件在随后的精加工中能够较好的保证零件的形状和尺寸精度。③精加工余量。合适的加工余量既能保持工件本身较好的基本强度，同时能保持切削时的散热与排屑。④装夹方式。合适的装夹方式，提高了加工效率，节省了加工时间。
4 结束语
在数控加工中经常会碰到一些薄壁零件，本文对薄壁套零件加工的工艺特点、防止变形的工艺方法、车刀的几何角度及路线优化进行了简单的分析和阐述，为今后更好的加工薄壁零件提供了经验积累。
参考文献：
[1]《机械工程手册》之《机械制造工艺及设备》（一）卷[M].机械工业出版社，1996.
[2]《航空制造工程》之计算机辅助制造工程分册[M].航空工业出版社，1995.
[3]王启平主编.机械制造工艺学[M].哈尔滨工业大学出版社，1990.
[4]刘立.数控车床编程与操作[M].北京理工大学出版社，2006.8.
[5]车工.职业技能鉴定教材编审委员会[M].中国劳动出版社，2004.7.
[6]穆国岩.数控加工编程与操作[M].机械工业出版社，2008.8.