薄壁類零件的數控車削
2013-5-5 來源： 作者：
筆（bǐ）者在校工作期間參與了薄壁（bì）產品的（de）加（jiā）工研究（jiū），使用的數控機床（chuáng）是CK7525（寶雞機（jī）床有（yǒu）限公司，係統為FANUC0i ），從（cóng）而掌握了薄壁孔零件（jiàn）的加工。產品的形狀（zhuàng）如圖1 所示（shì）。該產品是用於航空機械上（shàng）麵的一個零部件（jiàn），孔壁很（hěn）薄，且直徑比較大，加工精度要求高，給加工帶來了較大的難度。產品的材料是2024，它是一種典型的硬鋁合金。其強度高，綜合性能好，具有良（liáng）好的抗疲勞強度和良好的切削加工性能，但是抗腐蝕（shí）性較差。由於該產品（pǐn）壁（bì）厚最小處達到2.16mm ，且前端的壁（bì）厚要求（qiú）均勻，給切削加工帶來了較大的難度。
為了在（zài）數控車床上加工該產品（pǐn），使其達到要求，我們製定了合理的工藝流程，並且設計了一些專用夾具和具有特色的圓圈套。本文主要從工藝分析、夾具設計及加工步驟三方麵對該產品的加工過程進行（háng）闡述。
1. 工藝分析
從外形來看，這（zhè）個零件屬於回轉體薄壁零件。我們主要考慮先在臥式車床上進行粗加工，然後在（zài）數控車床上進行半精加工（gōng）和精加工完成（chéng）工（gōng）件。同時必須考慮這個零件的以下特（tè）性：
（1 ）裝夾的時候，由於工件比較薄，為了避免裝夾產生（shēng）變形，下料的時候比工件長50mm左右，從而在毛坯的位置（zhì）夾緊。
（2 ）工件壁薄，在加工的時候容易（yì）受切削（xuē）力的影響而變（biàn）形，因此必需使用（yòng）新的夾具裝夾工件。
（3 ）工件的直徑（jìng）較大，切（qiē）削的時候產生很大的熱（rè）量，造成工件變（biàn）形。
2. 工藝流程（chéng）
經（jīng）過一段時間的試製和工藝流程的不斷改進，最（zuì）終確定了一份行之有效的工藝流程。
（1 ）下料階段，為了防止（zhǐ）裝夾使工件產生變形，選用外圓為φ 270m m，內孔直徑為（wéi）230m m的套類毛坯，長度為250mm（預留50mm 裝夾位置）。
（2 ）在臥式車（chē）床上進行粗加工（gōng），車平兩邊端麵，保證工件長度為247mm，便於進行加工定位。同（tóng）時加工外圓和內（nèi）孔處的錐度。
（3 ）進行熱處理，消（xiāo）除工件的內（nèi）應力，提高綜合性能。
（4 ）在數（shù）控車床上半精加工外形，此過程采（cǎi）用尾座頂住工件的右端麵。加工過程要充分冷卻，裝夾的時候采用反軟（ruǎn）爪裝夾工件。
（5 ）拆下工件，進行時效處理，消除工件的內應力。
（6 ）使（shǐ）用塑膠圓圈套住工件的外圓，半（bàn）精加（jiā）工工件的內腔（qiāng）。
（7 ）拆下工件，進（jìn）行時（shí）效處理（lǐ），消除工件的內應力。
（8 ）使用塑膠圓圈（quān）套住工件的外圓，精加工工件的內（nèi）腔（qiāng）達到合（hé）格尺寸。
（9 ）拆下工件，進行時效處理，消除工件的內應力。
（10）重（chóng）新裝夾（jiá），采用專用夾具裝夾工件（jiàn），精加工（gōng）工件的外（wài）形至合格尺寸。
（11）切斷工件，切斷防止工件變形，切斷刀寬（kuān）度為1mm。
由於工件壁厚隻有（yǒu）2.16mm ，並且（qiě）加工的直（zhí）徑（jìng）較大，金屬的膨脹係數大，如果半精車和精車在一次裝夾中連續車削，所產生的切削熱（rè）會對工件的尺寸精度影響極（jí）大，甚至會使工件卡死在夾具上（shàng）拆不下來。所以為了避（bì）免進（jìn）行精加工時出現較高的溫度（dù），我們選用較低的轉速進行精加工，同時（shí）把（bǎ）半精（jīng）加工和精加（jiā）工分開，且把內孔和外圓的加工也分開（kāi）。時刻注意工件的溫度變化對（duì）尺寸精度產生影響。同時在加工的時候為（wéi）了消除工件的內應力，加工完（wán）成後（hòu）進行時效處（chù）理。
3. 夾具設計（jì）
由於產品的批量不是很（hěn）大（dà），對本產品的（de）加工設計了兩套輔助（zhù）夾具，一個是簡單的（de）塑膠圓（yuán）圈，另一個是簡單輔助夾具。現對兩個夾具的分析如（rú）下：
（1 ）塑膠圓圈裝夾車削（見（jiàn）圖2 ）。塑膠圓（yuán）圈1 放置在工件的中間位置，防止內孔車（chē）刀加工到中間位置產（chǎn）生變形；塑膠圓圈2 放置在前端的小圓弧處，防止進刀的時候產生變形。
（2 ）簡單輔助夾具設計，如圖（tú）3 所示。精（jīng）加工外圓時，由於孔壁非常薄，加工（gōng）中（zhōng）很容（róng）易產生變形，因此設計了一套簡單夾具，成本很低。裝夾時首先把心軸打進數控機床的主軸孔內，再把工件放到自定心卡（kǎ）盤（pán）上（shàng）麵，此時輕微的夾緊；接下來放入塑料墊圈，放的時候要與心軸的錐度進行一定的配合，然後再把鋁合金墊塊（彈簧與（yǔ）墊塊是連在一起的）放上去（qù）；最後（hòu）采用回轉頂尖（jiān）頂住，回轉頂尖不能用太大力，否則會發生變（biàn）形；最後夾緊自定心卡盤，完成工件的裝夾。
4. 加工步驟
為了滿足加工需求，我們半精加工編寫了兩條程（chéng）序，分別為外形加工和內（nèi）腔加工（gōng）。精加工也編寫外形加工和內腔加工兩條程序。切斷加（jiā）工編寫了（le）一條程（chéng）序。步驟如下：
（1 ）半精加工薄壁零件外形。由於工件的加工餘量為6mm左右，並且分布不均（jun1）勻，如果采用一（yī）次加工（gōng）成形的話很容易產生誤差，而且（qiě）造成內應力分布不（bú）均，因此通過修改機床的刀補（1 號和（hé）7 號位（wèi）置），加工兩遍來達到目的。第一次加工3mm，第二次也加工3mm。
（2 ）半精加工薄（báo）壁零件內腔（qiāng）。使用塑膠墊圈套住工件外形（xíng），進行薄壁（bì）零件內腔的半精加工。由於加（jiā）工餘量較大，采用步驟1 的方法。通過修改機床的刀補（1 號和8 號位置）加工兩遍來達到目（mù）的。第一次加工3mm，第（dì）二次也加工3mm。
（3 ）精加工薄壁零件內腔。使用塑膠墊圈套住工件外形，精加工薄（báo）壁零件外形，達到合格要求。
（4 ）精加工薄壁（bì）零件外形。采用設計的（de）夾具裝夾工件，精加工（gōng）薄壁零件外形（xíng），達到合格要求。
（5 ）切（qiē）斷工件，保證工件的長度，切斷刀的刀寬為（wéi）1mm，防止切（qiē）削時產生較大徑向力，使工件變形。
5. 結語（yǔ）
經過生產實（shí）踐證明，這組夾具結構合理，定位可（kě）靠，夾緊力均勻，整體剛度高，通用性好，而且（qiě）輕（qīng）便靈活（huó），可以提高切削速度，減輕勞動強度。這種加工方法一次交檢合格率大於98% ，完全達（dá）到了設計要求，提高了生產（chǎn）效率。
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