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數控車床（chuáng）車削大（dà）直徑薄壁零件方法探析

2020-4-27 來源：- 作者：-

摘要：大直（zhí）徑薄壁零件在車削加工中容易變形，難以保證零件（jiàn）的精度。著重從加工工藝的製定、工件輔助工裝的裝夾定位、車削程（chéng）序指令的選用等方麵（miàn）進行優化設計，能有效減小薄（báo）壁零件的變（biàn）形，提高薄壁零件的加工精（jīng）度及質（zhì）量。

關鍵詞：薄（báo）壁零件數控車床加工工藝

1、大直（zhí）徑薄壁零件概述

某減速器上軸承襯套，是一種典型的大直徑薄壁零件。如圖 1 所示。

圖 1　大直徑（jìng）薄壁零件

薄壁零件由於自身結構剛性差、強度弱（ruò），在車削加工中易產生振動及變形；夾緊力和（hé）切（qiē）削力不均會造成零件形變；在車削零件中產生的熱能也容易使（shǐ）工（gōng）件熱變形[1]。這些都是導致薄壁零件的加（jiā）工精度不高的（de）因素。在該零件生產製造過程中，通過工件定位與輔助夾具設計、製定合理可行的加工工藝、選用優良刀具和切削用量、優化刀具切削軌跡及程序等（děng）眾多措施，減少使薄壁（bì）零件在車削中易振（zhèn）動和變形的因素，有效提高零件的（de）加工精度與加工效率。

2、零件工藝分析及製定

從零（líng）件圖紙技（jì）術要求及結構形狀來分析，此零件（jiàn）的加工難度是確保內、外圓的圓度與同（tóng）軸度、各端麵與軸線的（de）垂直度等達到技術要求。零件毛坯料為 45 號鋼（gāng），Ф210mm×150mm 的實心棒材。削工藝安排（pái）粗加工、半精加工、精加工多道工序，使用（yòng）普通車床進行粗加工和半精加工[2]，通過增加半精（jīng）加工這一（yī）道工序，能夠有效（xiào）減小粗加工切削力和（hé）夾緊力（lì）較大、切削溫度較高所引起的工件變形及內應力。精車使用廣數 G210 數（shù）控車床切削加工，應用自製台階軟爪安裝工件（jiàn），精（jīng）車內、外徑及端（duān）麵，而後使用軟爪（zhǎo）撐內孔（kǒng）安裝（zhuāng）方式定位零件，完成後（hòu）續工步製成成品。通（tōng）過上述精車加工，滿足了先內後外（wài）與在一次裝夾內完成切削（xuē）任（rèn）務的工藝（yì）原則[3]，有效（xiào）減少零件因重（chóng）複裝夾與定位（wèi）所產生的工藝（yì）基準與定位基準的（de）偏差。

3、工（gōng）件定位與裝夾設計

廣數 G210 數控車床采用液壓卡盤裝夾工件，因液壓卡盤的（de）卡爪夾緊力大、接觸麵小，容易使零（líng）件產生變形。筆者（zhě）設計了一個扇形台階式軟爪，如圖 2 所示，精（jīng）車工件之前，把軟爪安裝到（dào）卡盤（pán）上，采用“自幹（gàn）自”精密車削（xuē）軟爪之後，軟（ruǎn）爪精度值大幅度提高，軟爪夾持零件最大外徑處，就可完（wán）成在（zài）一（yī）次裝夾中車削零件內、外直徑與端麵的工序，這樣確保工件裝夾定位精（jīng）度。軟爪形狀製作成扇形是為了增大與工件的接觸麵，可使軟爪夾（jiá）緊力均勻分布在工件外表（biǎo）麵（miàn），能夠有效降低零件受三點應力集中產生的形變（biàn）[4]。

圖 2　扇（shàn）形階台軟爪

4、刀具和切削用量的優化

刀（dāo）具優良的幾何角度可以提（tí）高加工精度，合理選擇切削用量有利於提高加工效率。刀（dāo）具（jù）主要選用機（jī）夾（jiá）車刀（dāo），如表 1 所示，選用 95°外徑車刀，因刀（dāo）具前角、主偏角較大，切削性能好，不易使工件產生（shēng）振動與變形。內孔（kǒng）刀具選擇刀尖（jiān）圓（yuán）角半徑為 0.2mm，使刀尖圓弧及修光刃長度減小（xiǎo），這樣可降低軸向切削力，不易使工件產生軸向跳（tiào）動。車削內孔為防止積屑造成刀具加屑而形成的（de）刀具讓刀現象，可選擇斷屑性（xìng）能好的塗（tú）層（céng）刀片[5]進行加工。車削中還可通過加注乳化油類冷（lěng）卻液對零件進行降（jiàng）溫，進而減少零件因熱能產生的形（xíng）變。

表 1　刀具參數

為降（jiàng）低零（líng）件加工中的切削力，精車薄（báo）壁零件時切削用量不宜選（xuǎn）用過（guò）大，減少因刀具剛性不足而產生的讓刀的現象[6]，從而提高工件內表麵加（jiā）工精度值（zhí）。

精加工零件時，削用（yòng）量應選用較低（dī）的主軸轉速在 240 ～ 450r/min，背吃刀量在 0.1 ～ 0.2mm，進給量在 0.05 ～ 0.2mm/r，這樣的切削（xuē）用量值，車削出的零件變形小（xiǎo）、精度值高。

5、刀具車（chē）削（xuē）軌跡（jì）與程序的選（xuǎn）用

規劃走刀路徑及合理選用程序指令，可以（yǐ）有效減小切削零件中的切削力。工件裝夾在卡盤上後，會形成懸伸（shēn）結構狀（zhuàng）態[7]，在加工零件端麵時，若選擇從小徑向大徑方向的走刀路線，會增大車（chē）工件上的徑（jìng）向力，進而引發車（chē）削端麵時的振顫，使薄壁零件在端麵及結合部產生變（biàn）形[8]。若采用走刀路（lù）線從法向進刀來車削端麵，並應用恒（héng）線速度功能指令——G96 S，可大幅度降（jiàng）低車削端麵時的切削力，從而確保端麵與外（wài）徑的形位精度及粗糙度值。

6、結語

憑借數控車床的高精度和高效率性能（néng），通過製定合理的數控加工工藝，應用簡單可靠的輔助夾具，選擇適合的機夾（jiá）刀具，就可有效減少薄壁零件（jiàn）在車削過程中（zhōng）產生的變形，從而有效地提（tí）高了零件（jiàn）加工精度與質量。

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