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因?yàn)榫哂兄亓枯p、節(jié)約材料、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，薄壁零件已日益廣泛地應(yīng)用在各工業(yè)部門。但薄壁零件的加工是比較棘手的，原因是薄壁零件剛性差、強(qiáng)度弱，在加工中極容易變形，不易保證零件的加工質(zhì)量。如何提高薄壁零件的加工精度將是業(yè)界越來越關(guān)心的話題。


薄壁零件的加工問題，一直是較難解決的。薄壁件目前一般采用數(shù)控車削的方式進(jìn)行加工，為此要對(duì)工件的裝夾、刀具幾何參數(shù)、程序的編制等方面進(jìn)行試驗(yàn)，從而有效地克服了薄壁零件加工過程中出現(xiàn)的變形，保證加工精度。影響薄壁零件加工精度的因素有很多，但歸納直來主要有以下三個(gè)方面：

（1）受力變形

因工件壁薄，在夾緊力的作用下容易產(chǎn)生變形，從而影響工件的尺寸精度和形狀精度，如圖1所示。

（2）受熱變形

因工件較薄，切削熱會(huì)引起工件熱變形，使工件尺寸難于控制。

（3）振動(dòng)變形

在切削力（特別是徑向切削力）的作用下，很容易產(chǎn)生振動(dòng)和變形，影響工件的尺寸精度、形狀、位置精度和表面粗糙度。



圖1 夾緊力的影響

既然影響薄壁件加工精的因素找到了，那么我們將如何提高薄壁零件的加工精度呢？接下來筆者將通過具體實(shí)例來介紹提高薄壁件加工精度和效率的措施。

圖2所示的薄壁零件，是我校用數(shù)控車床對(duì)外加工產(chǎn)品中難度較大的零件。采用的設(shè)備是配備了廣州數(shù)控系統(tǒng)GSK980T的數(shù)控車床。為了提高產(chǎn)品的合格率，我們從工件的裝夾、刀具幾何參數(shù)、程序的編制等方面進(jìn)行綜合考慮，實(shí)踐證明，有效提高了零件的精度，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。



圖2 示例零件

1. 工件特點(diǎn)分析

從零件圖樣要求及材料來看，加工此零件的難度主要有兩點(diǎn)：

（1）因?yàn)槭潜”诹慵菁y部分厚度僅有4mm，材料為45號(hào)鋼，而且批量較大，既要考慮如何保證工件在加工時(shí)的定位精度，又要考慮裝夾方便、可靠。通常的車削都是用三爪卡盤夾持外圓或撐內(nèi)孔的裝夾方法來加工，但此零件較薄，車削受力點(diǎn)與加緊力作用點(diǎn)相對(duì)較遠(yuǎn)，而且還需車削M24螺紋，受力很大，剛性不足，容易引起晃動(dòng)，因此要充分考慮如何裝夾定位的問題。

（2）螺紋加工部分厚度只有4mm，而且精度要求較高。

目前廣州數(shù)控系統(tǒng)GSK980T螺紋編程指令有G32、G92、G76。G32是簡(jiǎn)單螺紋切削，顯然不適合。G92螺紋切削循環(huán)采用直進(jìn)式進(jìn)刀方式，如圖3所示，刀具兩側(cè)刃同時(shí)切削工件，切削力較大，而且排削困難，在切削時(shí)兩切削刃容易磨損，在切削螺距較大的螺紋時(shí)，由于切削深度較大，刀刃磨損較快，從而造成螺紋中徑產(chǎn)生誤差，但由其加工的牙形精度較高。G76螺紋切削循環(huán)采用斜進(jìn)式進(jìn)刀方式，如圖4所示，單側(cè)刀刃切削工件，刀刃容易損傷和磨損，但加工的螺紋面不直，刀尖角發(fā)生變化，而造成牙形精度較差。

從以上對(duì)比可以看出，只簡(jiǎn)單利用一個(gè)指令進(jìn)行車削螺紋是不夠完善的，采用G92、G76混用進(jìn)行編程，即先用G76進(jìn)行螺紋粗加工，再用G92進(jìn)精加工的方式在薄壁螺紋加工中將有兩大優(yōu)點(diǎn)：一方面可以避免因切削量大而產(chǎn)生的薄壁變形；另一方面能夠保證螺紋加工的精度。



圖3 G92直進(jìn)式加工



圖4 G76斜進(jìn)式加工

2. 優(yōu)化夾具設(shè)計(jì)

由于工件壁薄，剛性較差，如果采用常規(guī)方法裝夾，工件將會(huì)受到軸向切削力和熱變形的影響出現(xiàn)彎曲變形，很難達(dá)到技術(shù)要求。為解決此問題，我們?cè)O(shè)計(jì)出了一套適合上面零件的加工的夾具，如圖5所示。



圖5 夾具

其中，件1為夾具主體，材料為45號(hào)鋼，左端被夾持直徑為80mm，可用來夾持工件的內(nèi)孔直徑范圍為20～30mm；件2為拉桿，材料為45號(hào)鋼，直徑為21mm，它剛好與薄片工件上的φ21孔對(duì)應(yīng)配合，使工件在夾具中定位及傳遞切削力；件3為已加工完左端面和內(nèi)孔的工件，裝夾時(shí)要注意工件與夾具體1的軸向夾緊配合。小溝槽是在工件調(diào)頭裝夾后，為方便控制總長(zhǎng)度而設(shè)計(jì)的，尺寸為5mm×2mm。

3. 刀具的合理選擇

（1）內(nèi)鏜孔刀采用機(jī)夾刀，縮短換刀時(shí)間，無需刃磨刀具，具有較好的剛性，能減少振動(dòng)變形和防止產(chǎn)生振紋；

（2）外圓粗、精車均選用硬質(zhì)合金90°車刀；

（3）螺紋刀選用機(jī)夾刀，標(biāo)準(zhǔn)刀尖角度，以便磨損時(shí)易于更換。

4. 加工步驟選定

（1）裝夾毛坯15mm長(zhǎng)，平端面至加工要求；

（2）用φ18鉆頭鉆通孔，粗、精加工φ21通孔；

（3）粗、精加工φ48外圓，加工長(zhǎng)度大于3mm至尺寸要求；

（4）調(diào)頭，利用夾具如圖2所示裝夾，控制總長(zhǎng)尺寸35mm平端面；

（5）加工螺紋外圓尺寸至φ23.805；

（6）利用G76、G92混合編程進(jìn)行螺紋加工；

（7）拆卸工件，完成加工。

5. 切削用量選擇

（1）內(nèi)孔粗車時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速為500～600r/min，進(jìn)給速度F100～F150，留精車余量0.2～0.3mm；

（2）內(nèi)孔精車時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速為1100～1200 r/min，為取得較好的表面粗糙度選用較低的進(jìn)給速度F30～F45，采用一次走刀加工完成；

（3）外圓粗車時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速為1100～1200 r/min，進(jìn)給速度F100～F150，留精車余量0.3～0.5mm；

（4）外圓精車時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速為1100～1200 r/min，進(jìn)給速度F30～F45，采用一次走刀加工完成。

6. 所編制的加工程序

我們根據(jù)以上分析，針對(duì)數(shù)控系統(tǒng)采用GSK980T所編制的加工程序如圖６所示。



圖6針對(duì)GSK980T的加工程序

7. 加工時(shí)的幾點(diǎn)注意事項(xiàng)

（1）工件要夾緊，以防在車削時(shí)打滑飛出傷人和扎刀；

（2）在車削時(shí)使用適當(dāng)?shù)睦鋮s液（如煤油），能減少受熱變形，使加工表面更好地達(dá)到要求；

（3）要注意安全文明生產(chǎn)。

通過實(shí)際加工生產(chǎn)，以上措施很好地解決了加工精度不高等問題，減少了裝夾校正的時(shí)間，減輕了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提率并保證加工后零件的質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。本文所介紹的，只是針對(duì)某一具體的工件所采取的加工策略，雖然不具備普遍性，但還是希望能起到拋磚引玉的作用。