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數控車床車削大直（zhí）徑薄（báo）壁零件方法探析

2020-4-27 來源：- 作者：-

摘要：大直徑薄壁零件在車削加工中容易變形，難以保證零件的精度（dù）。著重從加工工藝的製定（dìng）、工（gōng）件輔（fǔ）助工裝（zhuāng）的裝夾定位（wèi）、車削程序指令的選用等方麵進行（háng）優化設計，能有（yǒu）效減小薄壁零（líng）件的變形（xíng），提高薄壁零件的加工精度及質量。

關鍵詞：薄壁零（líng）件數控車床加工工藝

1、大直徑薄壁零件（jiàn）概述（shù）

某減速器上軸承襯套，是一種（zhǒng）典型的大直徑薄壁零（líng）件。如圖 1 所示。

圖（tú） 1　大直徑薄壁（bì）零件

薄壁零件由於自（zì）身結構（gòu）剛性差、強度弱，在車削加工中易產生振動及變形（xíng）；夾（jiá）緊力（lì）和（hé）切削力不（bú）均會造（zào）成零件形（xíng）變；在車削零件中產生的熱能也容易使工件（jiàn）熱變形[1]。這（zhè）些都是導致薄（báo）壁零件的加工精度不高的因素。在該零件生（shēng）產製造過（guò）程（chéng）中，通過工（gōng）件定位與輔助夾具設計、製定合理可（kě）行的加工工藝、選用優良（liáng）刀具和（hé）切削用量（liàng）、優化刀（dāo）具切（qiē）削軌跡（jì）及程序等眾多措（cuò）施，減少使薄壁零件在車（chē）削中易振動和變形的因素，有效提高零件的加工精度（dù）與加（jiā）工效率。

2、零件工藝分析及製定

從零件圖紙技術要求及結構形狀來分析，此零（líng）件的加工難度是確保內、外圓的（de）圓度與同軸度、各（gè）端麵與軸線的垂直（zhí）度（dù）等達到技（jì）術要求。零件毛坯料為 45 號（hào）鋼，Ф210mm×150mm 的實心棒材。削工（gōng）藝安排粗加工、半精加工（gōng）、精加工多道工序，使用普通車床（chuáng）進行粗加工和半精加工（gōng）[2]，通過增（zēng）加半（bàn）精加工這一道工序，能夠有效減小粗加工切削力和夾緊力（lì）較大、切削溫度較高所引起的工件（jiàn）變（biàn）形及內應力。精車使用廣數 G210 數控車床切削加工，應用（yòng）自製台（tái）階軟爪安裝（zhuāng）工件，精車內、外徑及端麵，而後使（shǐ）用軟爪撐內孔安裝方式定位零件，完成後續工（gōng）步製成成品。通過上述精（jīng）車加工，滿足了先內後外與在一（yī）次裝夾內完成切削任務的工藝原則[3]，有效減少零件因重複裝夾與定位所產生的工藝基準與定位基準的（de）偏差。

3、工（gōng）件（jiàn）定位與裝夾（jiá）設（shè）計（jì）

廣數 G210 數（shù）控車（chē）床（chuáng）采用液壓卡盤裝夾工件，因液壓卡盤的卡爪夾緊力大、接觸麵小，容易使零件產生變形。筆者設（shè）計了一個扇形台階式軟爪，如圖 2 所示，精車工件之前，把（bǎ）軟爪安裝到卡（kǎ）盤上，采用“自幹自”精密車削軟爪之後，軟（ruǎn）爪精度值大幅度提高，軟爪夾（jiá）持零件最大外徑處，就可完成在一次裝夾中車（chē）削零件內、外（wài）直徑與端麵的工序，這樣確保工件裝夾定位（wèi）精度。軟爪形狀製作成扇形是為了增（zēng）大與（yǔ）工件的接觸麵，可使（shǐ）軟（ruǎn）爪夾緊力均勻分（fèn）布在工件外表麵，能（néng）夠有效降低零件受（shòu）三點（diǎn）應力集中產生的形變[4]。

圖（tú） 2　扇形階台軟爪

4、刀具和切削用（yòng）量的（de）優化

刀（dāo）具優良（liáng）的幾何角度可以提高加（jiā）工精度，合理選擇（zé）切削用量有利於提高（gāo）加工效率。刀（dāo）具主要選用機（jī）夾車刀，如表 1 所示，選用 95°外徑車刀，因刀具前角（jiǎo）、主偏角較大，切削（xuē）性能好，不易使工件（jiàn）產生振動與變形。內孔刀具選擇刀尖圓角半徑為 0.2mm，使刀尖圓弧及修光刃長度減小，這樣可降低軸向切削（xuē）力（lì），不易使工件產生軸向跳動。車削內孔為防止積屑造成刀具加（jiā）屑而形成的（de）刀（dāo）具讓刀現象，可選擇斷屑性能好的塗層刀片[5]進行加工（gōng）。車削中還可通過加注乳化油類冷卻液對零件進行（háng）降溫，進（jìn）而減少零件因熱能產生的形變。

表 1　刀具參數

為（wéi）降低零件加工中的切削力，精車薄壁零件時切削用量不宜選用過大，減少因刀（dāo）具剛性（xìng）不足而產（chǎn）生的讓刀的現象[6]，從而提高工件內表麵加工（gōng）精度（dù）值。

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

5、刀（dāo）具車削軌跡與程（chéng）序的選用

規劃走刀路徑及合理選用程序指令（lìng），可以有效減小（xiǎo）切削零件中的切削力（lì）。工件裝夾在卡盤上後，會（huì）形成懸伸結構狀態（tài）[7]，在加工零件端麵時（shí），若選（xuǎn）擇從小徑向大徑方向的走（zǒu）刀路（lù）線，會（huì）增大車工件上的徑向力，進而引（yǐn）發車削端麵時的振顫，使薄壁零件在端麵及結合部產生（shēng）變形[8]。若采用走刀路線從法向進刀來車削端麵，並應用恒線速度功能（néng）指令——G96 S，可大幅度降低車（chē）削端麵時的切（qiē）削（xuē）力，從而確保（bǎo）端麵與外徑的形位精度及粗糙（cāo）度值。

6、結語

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

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