论述薄壁零件的数控车削加工工艺

摘 要：薄壁零件的高效精密的数控加工技术是当代高新技术产业的基础，是制造业在核心技术竞争力方面的代表，也是体现国家的制造技术水平先进与否的一个标志。薄壁零件在现代工业的各个领域都有应用，如汽车制造业、军事工业等。不可否认在薄壁零件加工中是存在一定问题，常常会出现不合格的零件，造成浪费。所以我们有必要通过对薄壁零件加工工艺问题的分析研究，优化薄壁零件制造加工措施，进而解决薄壁零件加工中所存在的问题，保证薄壁零件的精度和质量，提高所制造加工零件的合格率。

关键词：薄壁零件 车削加工 车工夹具

引言

薄壁零件因它具有重量轻，节约材料， 结构紧凑等特点而广泛应用于产品生产中。但薄壁零件的加工特别是在车削加工过程中，由于薄壁零件刚性原因，如果不采取措施，常常会因为夹紧力、车削力、车削热、内应力、振动与变形等，使工件产生较大的变形，导致零件的加工质量难以保证。

我校在满足正常专业技能教学的前提下，积极进行产教结合，让学生参与产教结合工作，既提高了教师的能力水平，也锻炼了学生，使教师和学生在实际生产中不断提高技能，同时也减少了实习教学消耗。薄壁零件（如图1） ，是我校外加工产品中的一种零件，它生产批量较大，为了提高产品的合格率和加工效率，便利用数控车床进行加工，并进行夹具的改装，从而解决了薄壁零件刚性差，强度弱的问题，有效地克服薄壁零件加工过程中出现的变形，并提高了零件的加工精度，保证了产品的质量。

一、影响薄壁零件加工精度因素分析

影响薄壁零件加工精度的因素是多方面的，机床"刀具"工件以及工件的装夹"切削过程的切削力"切削热等都会引起零件的加工误差。具体因素分析见图2所示。

图1

图 2 影响薄壁零件加工精度因素

二、制定加工工艺方案

1.机床的选择。根据零件的材料及零件的形状和精度要求，选用CAK6150Di FANUC Oi mate TC的数控车床。

2.装夹方法改进。依据零件的结构特点、质量要求，在零件左边预留工艺法兰，法兰内孔加工内螺纹。加工工件内孔采用自定心三爪卡盘定位夹紧；加工工件外圆利用芯轴、压螺，采用一夹一顶装夹方式。

3.刀具的选择。对于不锈钢材料薄壁零件而言，刀具的选择相当重要。刀具的优化选择，可以从刀具的材料和几何结构方面进行考虑。对于该零件采用材料为YW2。硬质合金的刀片。这种材料的刀具在加工1Cr18Ni9Ti不锈钢时具有耐磨、抗粘结性好的优点。

4.切削用量的选择。加工薄壁零件，如果切削用量选择不合理，很容易产生表面应力，影响工件表面质量，而且还会影响切削力、产生大量切削热，增大工件的变形程度，所以切削用量的选择至关重要。对于该零件，镗内孔和车外圆时取线速度为120～150m/mim；粗加工进给速度取0.2～0.3mm/r，精加工进给速度取0.05 mm/r；粗加工背吃刀量取1～2mm，精加工背吃刀量取 0.2～0.5mm。

三、薄壁零件车削加工工艺工序分析

1.保证薄壁类零件各工序加工质量的关键是必须要制定合理工艺工序路线，应重点分析薄壁类零件变形规律，研究和掌握其变形规律，注重防止和解决工艺工序中的变形问题；应根据零件的技术要求与加工时的受力情况来选择合理的定位基准，零件的定位面和定位元件之间的接触应紧密贴合，否则难以避免零件在加工中的振动变形，进而影响加工精度。

2.选择合理的工艺工序路线方法是：正确选择零件和夹具的定位基准和夹紧方式，应使前后工序定位基准的协调一致；合理分配加工余量，必要时应提高定位基准的尺寸和形状公差精度；对于同一零件不同加工部位的精加工工序，应视具体情况确定最优加工顺序。

3.在考虑工序编程时应增加切削工序以逐步修正由于材料去除所引起的工件变形。对于结构刚性较好的轴类零件，由于因去除多余材料而产生变形的问题不严重，一般只安排粗车和精车两道工序。但对于薄壁类零件至少要安排粗车-半精车-精车甚至要更多的工序在半精车工序中修正因粗车引起的工件变形，如果还不能消除工件变形，要根据具体变形情况适当再增加切削工序。

4.加工薄壁结构件的工序安排，薄壁类零件的加工要经过内外表而的粗加工、半精加工、精加工等多道工序，工序间的顺序安排对工件变形量的影响较大，一般应作如下考虑：一是粗加工时优先考虑去除余量较大的部位。因为余量去除大，工件的变形量就大，两者成正比。如果工件外圆和内孔需切除的余量相同，则首先进行内孔粗加工，因为先去除外表面余量时工件刚性降低较大，而在内孔加工时，排屑较困难，使切削热和切削力增加，两方面的因素会使工件变形扩大。二是精加工时优先加工精度等级低的表面（虽然精加工切削余量小，但也会引起被切削工件微小变形），然后再加工精度等级高的表面（精加工可以再次修正被切削工件的微小变形量）。

四、夹具的设计

如图 3 所示，该夹具采用由弹性心轴、锥度拉杆组成的胀套结构。使用时，先固定弹性心轴在车床的卡盘上，然后再将锥度拉杆安装在弹性心轴中并通过螺纹联接车床的液压系统。工作时，锥度拉杆沿轴向移动的，弹性心轴同时将会产生径向的胀开或收缩，但又受到零件内孔尺寸的限制，故可避免心轴因胀开而开裂，同时又实现对工件的夹紧。

对夹具结构说明：

1.件1为弹性心轴，材料为18CrMnTi，热处理硬度为HRC43-48。右端被夹持直径为40mm，可用来夹持工件的内孔直径范围为30-42mm；刚好与工件上的Φ40 孔对应配合，使工件在夹具中定位及传递切削力。锥孔与导向孔须在一次装夹中磨出，锥孔必须用标准锥度棒配磨，其接触印痕应≥80%。

2.件2为锥度拉杆，材料为18CrMnTi，大端直径为30毫米，锥度1：10，刚好与弹性心轴上的Φ30孔对应配合；

图 3

五、结语

本文介绍薄壁零件常见种类，分析了薄壁零件在加工中较易出现的一些问题并提出了相应解决方法，希望在实际生产加工过程中能有一定的借鉴性。另外对薄壁零件高精度、高效率加工的几种新型方法作了简单的阐述，虽然这些技术在国内加工水平还不够成熟，但只要我们紧跟世界各种先进切削技术发展步伐，加强对薄壁零件加工方法及工艺技术的研究，肯定会缩小与发达国家的制造能力上的差距，使各种先进制造技术得以推广发展。

参考文献

[1]卢培文，谌斌龙，薛峰.芯轴的数控车削工艺设计[J].机床与液压，2012，40

[2]汪小平.薄壁套筒零件的加工工艺分析[J].四川文理学院学报：教育教学研究专辑，2008，18

[3]李华志.数控加工工艺学.科学出版社； 第1版 （2013年11月1日）