浅析薄壁零件提高加工精度的措施_薄壁零件的加工方法

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浅析薄壁零件提高加工精度的措施

天津机电工艺学院 朱 会

摘要: 本文较为详尽地介绍了在数控车床加工中，关于如何提高薄壁零件表面加工精度的问题。分析影响加工精度的种种因素，并提出改进的办法给出具体的解决措施。简单易懂，语言明确、严谨，针对性强。较为适用于实际的生产。

关键词: 加工精度 薄壁零件 数控车床

日常的生产中越来越多的出现了薄壁零件的加工，这种零件广泛地应用于各行各业之中，其体积小、质量轻、结构紧凑等优点，已经成为今后产品的发展趋势。但是，对于薄壁零件的加工在车削工艺中是较有难度的，因为壁薄，刚性差、强度低、变形较大，在加工操作中不易保证加工质量，表面精度较难掌握。对于大批量的生产，我们可以采用数控车床的加工特点，比如机床加工精度高、生产效率高等特点，在工件的装夹、加工用刀具、程序的编制等方面进行努力，找到有效克服零件变形影响的方法，保证加工零件的精度要求。

1、分析影响薄壁零件加工精度的因素

1.1易受力变形：因工件壁薄，在夹紧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。(如图1所示)

图1

我们都知道三爪自定心卡盘上装夹，零件只受到三个爪的夹紧力，夹紧力不均衡，从而使零件变形。如果将零件上的每一点的夹紧力都保持均衡，也就是说，增大零件的装夹接触面，而减少每一点的夹紧力。

1.2易受热变形：因工件较薄，切削热会引起工件热变形，使工件尺寸难于控制。

1.3易振动变形：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、提高薄壁零件的加工精度的措施 2.1改变装夹方式

回转体薄壁零件由于内外圆直径差很小，强度低，若卡盘上夹紧力过大，零件就会产生变形，产生极大的形状误差。如果我们采用开缝套或扇形软卡爪，通过实际生产证明此方法对零件的变形很小，有效的改善了加工质量。

薄壁零件由于工件较薄，刚性较差，如果采用常规方法装夹工件及切削加工，将会受到轴向切削力和热变形的影响，工件会出现弯曲变形，很难达到技术要求。因此，需要进行优化夹具设计工作，设计适合零件的专用夹具。

2.2合理选择刀具的几何角度

在薄壁零件的车削中，合理的刀具角度对车削时切削力的大小，车削中产生的热变形、工件表面的微观质量都是至关重要的。刀具前角大小，决定着切削变形与刀具前角的锋利程度。前角大，切削变形和摩擦力减小，但前角太大，会使刀具的楔角减小，刀具强度减弱，刀具散热情况差，磨损加快。所以，一般车削钢件材料的薄壁零件时，用高速刀具，前角取6°～30°，用硬质合金刀具，前角取5°～20°。

刀具的后角大，摩擦力小，切削力也相应减小，但后角过大也会使刀具强度减弱。在车削薄壁零件时，用高速钢车刀，刀具后角取6°～12°，用硬质合金刀具，后角取4°～12°，精车时取较大的后角，粗车时取较小的后角。车薄壁零件的内外圆时，取大的主偏角。

2.3选用合理的切削用量

薄壁零件车削时变形是多方面的，装夹工件时的夹紧力，切削工件时切削力，工件阻碍刀具切削时产生的弹性变形和塑性变形，使切削区温度升高而产生热变形。所以，我们要在粗加工时，背吃刀量和进给量可以取大些；精加工时，背吃刀量一般在0.2～0.5mm，进给量一般在0.1～0.2mm/r，甚至更小，切削速度6～120m/min，精车时用尽量高的切削速度，但不易过为高。如上述所说的，合理选择好切削用量，从而到达减少零件变形的目的。

2.4程序混编

在合理选用刀具、优化车削专用夹具的基础上，再采取Ｇ９２、Ｇ７６混用数控编程，可以避免因切削量过大，而产生的薄壁零件变形，以达到提高螺纹加工精度和质量的目的。这种方法设计合理，易于实现，可减轻工人劳动强度，获得良好的经济效益。

3、实际生产中薄壁零件应用较广，如图例1-1所示

图1-1 盘形薄壁零件

用传统的方法，采用内孔及端面定位，先加工外圆φ80-0.30，再车右端面至长5-0.15；调头装夹，再加工φ55-0.20，长3-0.12。用这种方法变形大，精度低，结果不太令人满意。那么我们在加工工艺不变的情况下，稍稍改变刀具的一些切削角度，如增大前角以减小轴向分力。结果变形量有所减小，但平面度仍达不到技术要求。用前后两把刀同时加工该工件的方法(图1-2所示)。加工后工件变形极小，平面度符合要求，合格率在96%以上。

图1-2

具体操作方法如下：

1.工件加工在多刀自动车床上进行，主轴转速为960r/min；2.右平面刀装于前刀架上，用于右端面加工；

3.左平面刀装于后刀架上，用于加工内端面及φ55-0.20外圆； 4.调整好前后刀架动作时间，使前后两刀同时触及工件开始切削。待加工至要求尺寸，分别退刀恢复原位；

5.两刀片材料均为W18Cr4V，刀杆材料为45号钢； 6.刀具几何参数及切削用量 ：

（1）右平面刀：前角ｒ0=14°，后角ａ0=3°，主偏角ｋr=95°，副偏角κ'r=4°，刃倾角λs=-2°，纵向断屑槽宽4mm。切削用量ap=0.4mm，f=0.25mm/r，Vc=200mm/min；

（2）左平面刀：前角ｒ0=14°，后角ａ0=3°，副前角ｒ'0=16°，副后角ａ'0=8°，主偏角κr=95°，副偏角κ'r=0°，刃倾角λs=0°，横向断屑槽宽4mm。切削用量ap=0.4mm，f=0.25mm/r，Vc=200mm/min4、加工时的几点注意事项

4.1工件要夹紧，以防在车削时打滑飞出伤人和扎刀；

4.2在车削时使用适当的冷却液（如煤油），能减少受热变形，使加工表面更好地达到要求；

4.3安全文明生产。

5、结束语

通过实际加工生产，以上措施很好地解决了加工精度不高等问题，减少了装夹辅助时间，减轻了操作者的劳动强度，减少了变形的可能性，从而保证了加工精度，同时提高了生产效率并保证加工后零件的质量，经济效益十分明显。

参考文献

1、数控机床加工工艺，华茂发，北京机械工业出版社，2004.2、《CAD/CAM与制造业信息化》，北京《CAD/CAM与制造业信息化》杂志社，2005.3、车工工艺与技能训练，唐支岐，北京中国劳动社会保障出版社，2004.4、数控车床编程与操作，宋小春，张木青主编，广东经济出版社，2002.