数控车加工薄壁组合零件工艺分析与加工方案
摘要：在数控车加工过程中，经常碰到一些薄壁零件的加工。本文详细分析了薄壁零件加工的特点、防止变形的工艺方法、车刀几何角度及切削参数的选择，结合在教学实践中的实例设计出加工方案。
关键词：薄壁零件 工艺分析 加工方案
1 薄壁工件的加工特点
车薄壁工件时，由于工件的刚性差，在车削过程中，可能产生以下现象。
1.1 因工件壁薄，在夹压力的作用下容易产生变形。从而影响工件的尺寸精度和形状精度。当采用如图1所示三爪卡盘夹紧工件加工内孔时，在夹紧力的作用下，会略微变成三角形，但车孔后得到的是一个圆柱孔。当松开卡爪，取下工件后，由于弹性恢复，外圆恢复成圆柱形，而内孔则如图2所示变成弧形三角形。若用内径千分尺测量时，各个方向直径D相等，但已变形不是内圆柱面了，这种现象称之为等直径变形。
1.2 因工件较薄，切削热会引起工件热变形，从而使工件尺寸难以控制。对于线膨胀系数较大的金属薄壁工件，如在一次安装中连续完成半精车和精车，由切削热引起工件的热变形，会对其尺寸精度产生极大影响，有时甚至会使工件卡死在夹具上。
1.3 在切削力（特别是径向切削力）的作用下，容易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度，形状、位置精度和表面粗糙度。
2 减少和防止薄壁件加工变形的方法
2.1 工件分粗，精车阶段 粗车时，由于切削余量较大，夹紧力稍大些，变形也相应大些；精车时，夹紧力可稍小些，一方面夹紧变形小，另一方面精车时还可以消除粗车时因切削力过大而产生的变形。
2.2 合理选用刀具的几何参数 精车薄壁工件时，刀柄的刚度要求高，车刀的修光刃不易过长（一般取0.2~0.3mm），刃口要锋利。
2.3 增加装夹接触面 如图3所示采用开缝套筒或一些特制的软卡爪。使接触面增大，让夹紧力均布在工件上，从而使工件夹紧时不易产生变形。
2.4 应采用轴向夹紧夹具 车薄壁工件时，尽量不使用径向夹紧，而优先选用如图4所示轴向夹紧方法。工件靠轴向夹紧套（螺纹套）的端面实现轴向夹紧，由于夹紧力F沿工件轴向分布，而工件轴向刚度大，不易产生夹紧变形。
2.5 增加工艺肋 有些薄壁工件在其装夹部位特制几根工艺肋，以增强此处刚性，使夹紧力作用在工艺肋上，以减少工件的变形，加工完毕后，再去掉工艺肋。
2.6 充分浇注切削液 通过充分浇注切削液，降低切削温度，减少工件热变形。
3 数控车削薄壁件参数选择
数控车床进行薄壁件加工时，具有较大的优势，对于直径较小（φ160mm以内），长度短（250mm以下），壁厚为2-2.5mm的薄壁工件，可以一次性车削成型。但应注意不要夹持在薄壁部位，同时应选择合适的刀具角度，具体的刀具角度如下。
3.1 外圆精车刀 Kr=90°～93°，Kr’=15°α0=14°～16°，α01=15°，γ0适当增大，刀具材料为YW1硬质合金。
3.2 内孔精车刀 Kr=60°，Kr1=30°，γ0=35°α0=14°～16°，α01=6°～8°，λs=5～6°，刀具材料为YW1硬质合金。 3.3 精加工车削参数Vc=160mm/min，f=0.1mm/r，αp=0.2～0.4mm。
通过以上分析，本例的薄壁工件可采用悬臂装加的方式进行加工。
4 加工薄壁件难点分析
本例工件除了加工薄壁件的难点外，还有加工内凹半圆?外凸半圆以及T型槽的加工难点。对于内凹半圆，采用R3的圆弧形车刀进行加工；对于外凸半圆，则采用外切槽刀进行加工；对于T形槽 ，则采用35°菱形刀片机夹式车刀进行加工，其主偏角取93°，副偏角取52°。
5 薄壁组合件加工方案
本例加工薄壁组合工件如图8所示，加工方案如下：
5.1 加工件3右侧内外轮廓如图5所示，注意先加工外轮廓，再加工外轮廓，保证φ58，ф52外圆尺寸，同时保证ф48，φ23内孔和内锥孔的精度要求。
5.2 掉头装夹，以φ23内孔表面作为校正面进行校正，加工件3左侧外轮廓及内锥孔，保证各项精度要求。
5.3 加工件2左侧内孔及外圆台阶如图6所示，保证φ70外圆尺寸，同时保证φ48，ф58内孔和M56×2-6H内螺纹的精度要求，用件3与之螺纹旋和，保证配合精度要求。
5.4 拆除件2，加工件1左侧内外轮廓如图7所示，先加工外轮廓再加工内轮廓，注意薄壁件的悬臂加工以及外凸半圆和内凹半圆的加工刀具及加工方式。
5.5 掉头采用一夹一顶的方式装夹件1，加工件1右侧外轮廓，保证φ58，φ48，φ23，φ16的外圆尺寸及M56×2-6g的外螺纹尺寸的精度要求。
5.6 不拆除件1，用螺纹连接方式安装件2，加工件2外轮廓，保证φ80外圆及T形槽的各项精度要求。
5.7 拆下件1，以件2的Ф80的外圆作为装夹表面，校正Ф48内轮廓后加工件2左侧内轮廓，保证Ф58内孔和M56×2-6H内螺纹的精度要求，用件3和件1与之试配，保证配合精度要求；如图8所示。
5.8 拆下工件，去毛倒棱，进行工件组合并进行自检。本例的关键是进行合理的工艺分析，选择合理的加工方案，合理的选择刀具及切削参数，而工件的编程难度不大，这里就不再做叙述。
6 结语
本文阐述了薄壁工件的加工特点，减少和防止加工变形的方法，加工难点分析以及数控车削薄壁件参数的选择，确定了薄壁组合件加工方案。经生产实践证明，该加工方案切实可行，能保证薄壁组合件的尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度和装配质量都满足图纸要求，可为类似零件和产品的机械加工提供一定的借鉴。
参考文献：
[1]刘立.数控车床编程与操作.北京：北京理工大学出版社.2006.8.
[2]职业技能鉴定教材编审委员会.车工.北京：中国劳动出版社.2004.7.
[3]穆国岩.数控加工编程与操作.北京：机械工业出版社.2008.8.转
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