薄壁零件―酒杯的加工

摘 要：薄壁零件具有加工容易震动、变形，工艺尺寸不易控制的突出特点，本文通过对一个薄壁酒杯零件的加工，来研究薄壁零件的加工特性及防止变形的工艺方法，并设计出合理的工装夹具，最终设计出整个零件的加工方案。

关键词：薄壁零件； 工装设计； 工艺改善

一、分析图纸

通过分析图纸可以看出，该零件由一厚2mm的杯状椭圆薄壁，φ6mm的支撑轴及厚度为4mm的底座组成。其加工主要难点在于保证薄壁在加工中不变形，由于毛坯料足够长，我们可以直接将所有形体加工完成后切断，这样悬臂比较长，加工刚性不是太好，很容易产生振纹，这样就要求我们在选择合理的切削参数条件下，在加工外轮廓时，还要能有一很好的支撑，保证工件的刚性，使加工不变形。

二、工装设计

薄壁零件具有如下特点：质量轻、节约材料、结构紧凑等特点，在航空、汽车、机械等各个工业部门得到了广泛的应用。单薄壁零件其刚性差，强度弱，在加工中变形难以控制，同时还会产生切削，使零件的机械加工质量难以保证。在工装设计时，径向上不受力是这种薄壁零件的最好加工状态。

此酒杯零件的加工难点表现在杯状椭圆处，根据先内后外的加工原则，我们可以在加工好内孔后，用设计的支撑顶住内孔，然后进行外形加工，则所设计工装如下：

此辅助支撑结构简单，使用方便，使用时只须在加工外形时将其置于已完成的内轮廓，然后后面运用顶尖即可，通过实际切削加工验证，能够满足我们的加工要求。

三、加工方法

对于薄壁件，应将加工阶段分为粗、精加工进行可以避免粗加工引起的夹紧力的弹性变形和切削热变形，消除由粗加工造成的内应力、切削力、切削热夹紧力对加工精度的影响，保证零件的精度。根据以上考虑安排加工工序如下：

工序1：φ14mm钻头钻底孔至30mm深。

工序2：夹持毛坯外露长度70mm，粗、精加工内轮廓，达到图纸要求。

工序3：安装支撑顶尖，粗、精加工外轮廓，达到图纸要求。

工序4：切断并保证总长，倒左边45°角，切断。

工装使用示意图如下：

注意：在将支撑放入工件内轮廓后，上顶尖的力度要合适，太小起不到支撑工件的作用，太大的话，加工φ6mm支撑柱很容易将其顶弯，并当加工完成撤掉工装时，工件容易变形。

四、刀具选择

1. 45°端面车刀

此刀具的作用主要是利用手动平端面，所以不用给予它参数设置。

2. 4mm外圆仿形车刀

该刀具用于外轮廓的仿形加工，为了表面一致的粗糙度，所有外轮廓都由其一起加工，其刀尖方位号的正确使用极其重要，直接影响加工出轮廓的形状精度，所以要根据机床情况合理设置其参数。

3. 35°内孔车刀

由于要加工到X0，所以其后角不能太大，要不然会发生刀具与工件的干涉，所以采用非标刀具进行加工。此刀具由于刀尖角较小，并且刀杆比较细，所以刚性不太好，刀头比较脆弱，在切削时，切深不能太大，并且切削速度不可以太高，要不然很容易产生振纹，达不到表面粗糙度要求，并且在使用加工时，我们可以采用偏置Z向的方法，Z向留量，粗车完后，逐次减少其量来完成精加工，该刀具采用2号刀尖方位，左刀补进行切削。

4. 切断刀

该刀具的使用是最后一道工序，在切断时很容易在工件上留有一小圆拄，因此为了杜绝这种情况，我们采用斜切削刃的切断刀，入图所示：对刀时我们采用右刀尖对刀，切断时只需将Z向尺寸偏置正确即可。

五、加工中的工艺参数

六、参考程序

现将采用FANUC系统编制的部分程序如列于下：

加工内轮廓程序：

O0001；

G40G97G99MO3S500T0101F0.15；

G00X100Z100；

G00X15Z2；

M08；

G71U1R0.5；

G71P1Q2U-1W0F0.2；

N1G41G00X43S800；

G01Z0.05F0.05；

G02X39.428Z-0.903R1；

#1=-5.903；

WHILE #1 GE [-35]；

#2=20×SQRT[1-#1x#1/35/35]；

G01 X[2x#2] Z[#1+5]F0.12；

#1=#1-0.2；

ENDW；

G01X0Z0；

N2G40G0Z2；

X100Z100；

M09；

M30；

加工外轮廓程序：

O0002；

G40G97G99MO3S800T0101F0.2；

G00X100Z100；

G00X57Z2；

M08；

G71U1.5R0.5；

G71P1Q2U1W0F0.2；

N1G42G00X39S1200 ；

G01Z0F0.08；

X43.474；

G03X45.474Z-1R1；

#1=-8.17；

WHILE #1 GE [-38.856]；

#2=23×SQRT[1-#1x#1/40/40]；

G01 X[2x#2] Z[#1+7.17]F0.12；

#1=#1-1；

ENDW；

G02X67-37.084R6；

G01Z-53.05R3；

X34R2；

Z-65；

X55；

N20G40G0X56；

X100Z100；

M09；

M30；