薄壁套類零件數控車削加工工藝分析

黃科峰

摘要：隨著加工制造業的發展，薄壁類零件的應用范圍越來越廣泛，技術要求越來越高。但是在薄壁套類零件的數控車削加工中還存在很多問題，影響到了加工的效率以及零件的質量，因此需要不斷改進數控車削加工工藝，提高加工質量，本文將對薄壁套類零件數控車削加工工藝進行簡要分析。

關鍵詞：薄壁套類零件;數控車削加工;工藝分析

中圖分類號：TH161.22? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）05-0090-02

1? 薄壁套類零件概述

薄壁套類零件有著徑向剛度差、外圓及內孔有著不規則變形導致壁厚不均勻、圓度不易控制等特點。套類零件在機械結構中主要起支撐和導向作用，為此零件需具有較高的同軸度，端面與孔軸線或與外圓有較高的垂直度要求，除了尺寸的精度要求外還對零件的幾何形狀精度、表面粗糙度也要求較高。在數控車削加工中急需解決的問題是控制零件裝夾變形以及車削變形。

2? 薄壁套類零件加工質量的影響因素

①夾緊力對加工質量的影響：零件加工對裝夾剛度有較高的要求，如果零件裝夾的力度過小不僅會造成脫夾導致零件的報廢，甚至會引發安全事故。

②工件材料的狀態對切削力的影響：材料的狀態會直接影響到切削力大小，隨著材料硬度、強度增高切削力增大[1]，同時還會涉及到加工硬化等問題，加工硬化不僅會使材料產生變形還會給材料的進一步加工帶來困難。

③刀具角度對工件的影響：前角大時，切削變形量和摩擦力減小，切削力減小，表面粗糙度好;前角過大，刀具楔角減小，刀具強度降低，散熱能力差，磨損速度快，刀具使用壽命降低;后角大，與工件切削表面間隙大，摩擦力小，切削力也相應的減小;后角過大，會形成刀具刃部變薄，強度不足，磨損速度快，刀具使用壽命降低[2]。

④吃刀量與進給速度對切削力的影響：背吃刀量與切削速度對切削力的交互影響當背吃刀量為常數時，切削速度增大時，切削力變化的幅度不是很大;而當切削速度為常數時，背吃刀量增大，切削力增大較明顯[3]。在半精加工和精精工時吃刀量較為一致，對切削力的影響幾乎一致，此時應盡量提高切削速度，以求表面粗糙度達到設計要求。

⑤冷卻液對切削力的影響：切削過程會產生大量熱量，如冷卻不及時，會加快刀具磨損，直接影響到已加工表面的表面質量;熱量傳遞到工件上，會導致變形量增大。

3? 實際加工狀況分析

如圖1所示為某企業多批次，量大，毛坯為鍛件，材料為鋁合金，成品零件壁厚不足3mm，剛性不足，易變形，較高的技術要求也給車削加工帶來了一定的難度。加工過程中由于裝夾，切削力等因素造成的變形，致使加工出的零件易出現壁厚不均等不規則變形情況。

3.1 使用原有工裝夾具加工情況

粗加工階段，如圖2所示，根據設備原有的卡爪自行制作軟爪，分別在三個卡爪上（分體卡爪）通過螺釘進行安裝軟爪，后經加工制成與零件匹配的大弧形軟爪，使零件的夾持面積得到增大。采取該種方式的目的是為能夠在夾緊薄壁套的同時，減小裝夾變形。

精加工階段，為了提高對變形量的可控性，一開始采用軸向壓緊的方式，如圖3所示。用實體心軸以零件端面、內孔作為定位基準面，后增加蓋板用螺母旋緊蓋板壓緊零件，避開徑向薄弱環節。但是這種方式也帶來了一些不利因素，精加工時端面無法加工，長度尺寸只能在粗加工或半精加工時確定，另外由于內孔與心軸采用間隙配合從而存在一定的間隙，夾緊零件后，零件在加工時存在微量徑向跳動，造成零件加工出來存在壁厚不均勻。此外，對工人也有著較高的技術要求，很難提高加工質量和效率。

總體來說，在批量生產時產品質量、生產效率得不到有效提升，對操作工人的技術、職業素養要求較高。

3.2 夾具結構改進

經過以上分析，為達到高質高產，我們把原有裝夾方式進行了升級，采用了彈性膨脹夾具，由端面軸向壓緊的施力方式轉變為內撐脹力脹緊方式。

夾具結構如圖4所示。錐度彈性套2安裝在錐度心軸1上以內外錐面配合，彈簧3裝在其中。螺紋蓋板套裝在錐度心軸1的螺紋軸部分;夾緊時通過旋緊螺紋蓋板致使錐度彈性套脹開撐緊零件內孔，拆卸時松開螺紋背板，通過彈簧的力使錐度彈性套脫離，零件自然卸下。通過這種裝夾方式，精加工階段可以在同個基準面上加工多個內容，很好的保證了內、外圓同軸度要求，內、外圓與端面垂直度要求，并且避免了振刀現象的發生。

3.3 加工過程（僅車削部分）

工序一：使用自制全包軟爪裝夾外圓，平端面至總長125±0.1mm;鏜孔至98±0.1mm;采用橡膠圈束縛在靠近端面處的措施避免內孔振刀;

工序二：使用自制軟爪內撐裝夾，平端面120±0.1mm;外圓各留1mm;采用珍珠泡沫板支撐孔口位置的措施避免外圓振刀;

工序三：熱處理;

工序四：全包軟爪裝夾，平端面119±0.1，鏜孔至圖樣要求;依舊采用橡膠圈束縛在靠近端面處的措施避免內孔振刀;

工序五：使用可脹芯軸夾具裝夾，以左側端面為對刀基準，車削至最終尺寸。

3.4 加工過程中切削用量（見表1）

通過這次的改進，產品質量明顯提高，省去了許多找正的環節、降低了勞動強度，縮短了加工時間、提高了生產效率。

4? 薄壁類零件數控車削工藝改進策略

4.1 改進零件裝夾工藝

零件裝夾的精度，是影響薄壁套類零件加工精度的主要因素。大多數情況下在產生的零件加工誤差中，均有裝夾引起（包括人為的裝夾誤差）[3]。針對這樣的情況，還要根據零件結構特點對裝夾方案進行優化，以減小裝夾引發的零件彈性變形，繼而使加工質量、生產效率得到有效提高。

①需要保證零件裝夾的結構緊湊、懸伸較短。在進行薄壁套類零件的數控加工時，零件裝夾會隨著主軸進行回轉，所以應該合理控制零件裝夾的重心，使裝夾的重心能夠緊貼主軸的頂端，這樣才能夠有效控制慣性力和回轉力的大小，提高零件加工的質量。其次，需要合理設置零件裝夾的剛度以及強度，增強裝夾的剛度和強度。同時，也需要根據薄壁類零件的實際情況選擇懸伸長度，保證懸伸長度能夠滿足要求。

②在裝夾零件時需要保證零件、夾具和機床主軸軸線是完全同軸，從而降低夾具誤差給工件精度帶來的風險。

4.2 減小切削力對工件變形的影響

在加工過程中刀具的選擇、切削用量的選用以及切削液等均會造成切削力大小的變化，必須根據實際情況及時作出調整。根據薄壁套類零件的特點，在車削加工時應使用半合成微乳型冷卻液。該型冷卻液的冷卻和潤滑綜合性能較好，在提高刀具耐用度及加工表面粗糙度的同時更重要的是降低了工件因切削熱而產生的變形風險，進一步提高了尺寸可控性。

4.3 優化工藝方案

根據技術要求對零件數控車削階段進行綜合分析，找到車削薄弱環節、位置，采取有針對性的加工步驟和裝夾方法，才能有效提高加工過程可控性。例如：在車削加工前對毛坯或半成品進行熱處理以消除內應力、提高材料穩定性，不僅會使機械性能得到提高、消除一定的內應力，降低車削后變形，同時有利于對多余材料的去除。對技術要求較高的薄壁套類零件，適當增加振動時效工藝環節，有利于進一步消除應力，使其材料快速穩定，縮短加工周期且有足夠的剛度、韌性，避免零件在后道工序中產生不可控變形。

5? 結語

車削薄壁套類零件，首先要對零件結構進行充分分析，根據該零件技術要求制定合理的加工工藝;其次要確保夾具、刀具、切削用量和切削液最優化等，這樣才能最大程度提高對零件加工過程中的精度控制，從而進一步提高生產率。

參考文獻：

[1]譚昀.鋁合金薄壁件高速加工變形誤差預測技術的研究[D].哈爾濱工業大學，2008.

[2]李念周.薄壁零件的加工[J].設備管理與維修，2020（02）：129-130.

[3]陳菊意，王三民，尚蓉，劉菊花，陳波.精密薄壁陀螺框架類零件加工工藝研究[J].新技術新工藝，2013（07）：94-96.