薄壁齿轮的加工

薄壁齿轮的加工（共7篇）

薄壁齿轮的加工 篇1

1 问题的提出

我公司CW61100车床中I轴的薄壁齿轮损坏, 配件库里没有备件, 如直接购买, 时间和生产成本不允许, 因此需要车间自行加工, 以满足生产的进行。

如图1所示, φ168为齿部部分;内孔φ110装配着2副滑动轴承, φ114是装配垫圈尺寸, 其右孔尺寸φ138中需装入内、外摩擦片。此配件所要求的尺寸精度高、同轴度小;由于齿轮轴部为126mm, 过长;最薄壁部分厚度6mm、长50mm, 且薄壁的外部有4×25mm长的开口槽, 空心部分较大, 加工时薄壁部分容易变形, 质量不易保证, 因此加工薄壁齿轮比较困难, 主要体现在车床尺寸的加工。

从此薄壁齿轮结构可以看出, 该零件加工属于薄壁深孔加工, 要加工出符合图纸要求的产品, 就要选择合理的工艺路线和加工方法。针对此件的加工难度, 以车床为主, 其工艺路线为:车床的粗车、精车分别进行。

由于此薄壁齿轮空心部分较多, 用常用的装夹及加工方法, 同轴度不好、齿部误差较大、薄壁容易变形, 以致不能保证机床的运动精度。因此工艺方案改为:利用CW6163车床的三爪卡工装部分胎具、车床尾座顶尖顶入胎具的装夹方式, 在车床上实现薄壁齿轮的内孔、外圆的加工, 从而保证其同轴度和不变形。

为提高加工效率、保证零件的加工质量, 设计了专用的齿轮套和齿轮轴堵工装, 如图2所示, 此工装可以在下道工序中反复使用, 装卸方便。

2 夹具的制作

(1) 车45圆钢轴长63mm、总长75mm的齿轮轴堵, 其轴部尺寸与齿轮相应孔部分配过盈, 外部尺寸大于齿轮轴外圆6～8mm即可, 打出中心孔。

(2) 车45圆钢齿轮套, 其轴部同齿轮内孔配过盈, 其小孔及止口尺寸设计为减重孔;外部尺寸略大于轴部10mm。

3 薄壁齿轮在车床的加工工艺

本厂此件的加工采用CW6163车床设备进行, 其工艺过程如下:

3.1 粗车工序

(1) 下料:45钢, φ180mm×156mm的长棒料。 (2) 粗车:三爪卡毛坯料φ180, 尾座套筒安装准60麻花钻, 钻成φ60通孔, 退出麻花钻, 留量3mm, 粗车成φ110通孔。

3.2 精车工序

(1) 精车:车成φ138至尺寸, 平端面。

(2) 精车:调头, 三爪撑φ138内孔, 精车φ110-0.01-0.03, 准114+0.120, 平端面。

(3) 车:三爪卡工装齿轮套外圆面, 齿轮套孔部准110内轻打入薄壁齿轮;在齿轮孔φ138中轻打装入齿轮轴堵, 找正, 夹紧所需加工件, 车床尾座顶尖顶入中心孔, 再次检验夹紧所需加工件, 如图2所示, 先车尺寸φ150, 后车尺寸准168。加工完毕卸出工装胎具。

4 结语

此胎具结构简单, 加工、操作、装卸方便;所需制造费用低, 适合于大批量生产;经过此胎具加工的薄壁齿轮, 各个圆面同轴度好, 齿轮薄壁部分不产生工件加工变形, 能够较好地保证了工件的加工要求及质量, 经过实践检验设计合理、准确。缺点是:由于加工尺寸所需, 胎具比较笨重, 单件生产的成本较高。

摘要：薄壁齿轮在机械加工中由于壁薄、轴部过长, 通常在加工中容易变形, 同轴度不好保证, 因此加工中往往需要设计工装胎具, 利用工装胎具实现机床的零件加工。介绍此工装胎具的制作和在车床利用工装胎具加工的工艺方法。

关键词：薄壁齿轮,工装胎具的制作,胎具加工工艺方法的利用

薄壁齿轮的加工 篇2

关键词：薄壁零件；加工工艺 ；电脑编程

中图分类号：g712文献标识码：a文章编号：1005-1422（2016）06-0084-03

一、引言

零件在加工过程中由于各种因素导致变形是无法消除的，零件在加工中变形的大小除了与零件本身材质、结构有关系外，也与加工中零件的装夹方式、刀具选用、切削用量及冷却液的选择等有很大的关系。材质、结构与其用途有关，有时是无法取代的，因此，我们在零件材料一定的情况下，必须从加工过程中想办法，比如采用正确的装夹方式、合理选用刀具、切削用量、冷却液等，这些是减少零件变形的关键所在。

薄壁零件变形最大，最难控制，主要原因是薄壁零件刚性差、强度弱，在加工中极易产生变形，使零件的形位误差增大，不易保证零件的加工质量。由于薄壁零件重量轻、结构紧凑，应用极为广泛。因此，为了让学生学习加工薄壁零件，笔者特意选择了结构不容易变形、精度要求不高、表面曲面粗糙度要求较高的旋钮图案（图1）。

二、工艺分析

零件材料为铝合金。

零件结构分析：零件总体结构比较简单，但属于薄壁腔体零件，壁厚仅有1mm。加工中要去除大部分材料，会产生铣削热量，从而导致零件产生热变形，这一点是我们制定工艺方案前必须考虑的。薄壁零件加工的影响因素主要还有以下几个方面：

① 装夹时零件产生弹性变形，严重影响加工表面的几何精度和位置精度；

② 切削力作用使零件产生变形；

③ 机床、附件、夹具本身刚性不足，影响加工精度；

④ 切削振动也是造成加工误差的重要原因；

⑤ 零件的厚度要保证均匀；

⑥ 保证零件表面的粗糙度。

上述诸原因，我们在加工前就要逐一解决，制定加工的方案。

我们加工采用的数控铣床是发那科系统的华亚数控铣床，转速最高为6000r/min，进给最高f为8000mm/min，装夹工件只有平口钳，铣刀材质为高速钢，毛坯为70x70x20mm。

三、加工过程

1.选择装夹方式

由于该零件属于腔体薄壁零件，在铣削加工中不能按常规采用平口钳装夹，因为平口钳装夹使零件受力情况不理想。零件在加工中随着大部分材料的去除，其垂直受力方向有变，因而产生变形。但是工件并没有对精度要求很高，保证视觉上的完整就可以了，我们也只有平口钳可以装夹，因此，在教学过程中，选择了平口钳装夹的方式。为了避免夹坏工件，要求力度不能太大，工件用铜片包裹装夹，装上平口钳以后用手大力摇不动就行。刚开始加工由于毛坯比工件高出8mm，所以只要装夹4～6mm就可以了。

2.对刀方法

无论正反面，都是利用平口钳的平面作为z轴高度基准来对刀，比如：毛坯安装以后，最高面到平口钳平面的高度为15.7mm，对刀的时候把这个高度差定为15mm，通过机床坐标来把z轴零点设在毛坯表面，更换刀具的时候统一用这种方法，避免了加工后的毛刺妨碍z轴对刀仪的摆放，又可以迅速更换刀具，保证了对刀的精度。

3.刀具选择

数控加工对夹具的要求可以从以下两个方面考虑：尽可能做到在一次装夹后能加工出全部或大部分待加工表面，尽量减少装夹次数，以提高加工效率和保证加工精度；尽量采用组合夹具、通用夹具，避免采用专用夹具。

刀具的选择要求如下：要根据零件材料的性能、加工工序的类型、机床的加工能力以及准备选用的切削用量，来合理地选择刀具。例如，对于铣削平面零件，可采用端铣刀和立铣刀；对于模具加工中常遇到的空间曲面和铣削，通常采用球头铣刀或带小圆角的鼻型刀。立铣刀有平头刀（r=0）、球头刀（r=r）和鼻型刀（r 内壁如何加工决定了壳体的厚度和零件变形的程度。由于毛坯的厚度有20mm，而零件高度是12mm，因此，在上表面加工外形时，我们特意把深度加工为14mm，反面加工的时候装夹好，简单地对xy轴进行对刀，z轴则要利用平口钳的平面来对刀计算高度，用铣平面把多余的材料切掉，通过不断的z轴零点的调整来保证零件12mm的高度，然后再换上分中棒进行精确分中。这里的关键是在z轴的对刀上，比如：使用z轴对刀仪来对刀，对刀仪放在平口钳的平面上，对好以后的高度是50mm，而工件z轴零点距离平口钳的平面是5mm，那么刀具最低点离工件零点是50-5=45mm，只要在机床输入“z45.”就完成z轴对刀了。之后更换的刀具也是使用同一种方法去对刀，同样是输入“z45.”，这样就保证了统一的基准，缩小了零件厚度的误差，避免换刀以后对刀出现大的误差而导致工件严重报废。

对刀以后将是对内壁进行加工，切削用量图7对切削力的影响是至关重要的。精加工薄壁零件一般应降低和控制切削用量，增加切削次数，匀速切削，以便减少切削力和切削热。若切削面积相等，增加走刀量比增加切削深度的切削力小。而切削速度对切削力的影响是不断变化的，一般应采用较高的切削速度。所以选用合理的切削参数是传统加工薄壁零件时所应考虑的重要措施之一。因此，在加工内壁时无论使用何种刀具切削深度都要较少，机床的转速只有6000r/min，选择加工的层高参数是平时使用的层高的一半以下，而进给量是平时的一倍以上，加工时再根据实际加工来调整进给量。加工旋钮上表面时，底部留了3mm高，1mm的余量，在反面加工时采用双面对称去除余量方法，即在加工中交错进行薄壁两面的加工（caxa制造工程师中的等高精加工使用xy优先加工方法），但是，在这之前要先进行粗加工，余量留0.5～1mm为好，通过提高零件薄壁的刚性来减少零件的变形，最终我们就可以加工出想要的工件了（图7）。

四、结束语

薄壁零件的加工方法研究 篇3

【关键词】薄壁零件；加工分析；精度

薄壁零件已日益广泛地应用在各工业部门，因为它具有重量轻，节约材料，结构紧凑等特点。但薄壁零件的加工是车削中比较棘手的问题，原因是薄壁零件刚性差，强度弱，在加工中极容易变形，使零件的形位误差增大，不易保证零件的加工质量。对于批量大的生产，可利用数控车床高加工精度及高生产效率的特点进行加工，在车工教学中如何解决这个问题呢，可以通过对薄壁零件加工过程的各种变形原因进行材质和技术分析，制定合适的加工方法解决问题。

1.薄壁零件的特点及变形原因

对板状工件而言，薄形工件是指宽厚比值B/H≥10的工件。类似于薄形板状工件，薄形盘状工件是指其外形直径与工件厚度比值比较大的工件；薄形环状工件是指工件圆柱外径与其厚度比值比较大的工件；薄形套类工件是指工件外圆直径与套壁厚度比值比较大的工件，薄壁箱体类工件是指箱体的外形尺寸与其壁厚的比值比较大工件。薄零壁件具有质量轻、节约材料、结构紧凑等特点，导致变形的直接原因有外力夹持、温度过高、振动引起等，具体如下：

1.1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。

1.2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振动变形 在切削力（特别是径向切削力）的作用下，很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.提高薄壁零件加工精度的方法

2.1合理选择装夹方式，减少受力变形

零件装夹可分成定位和夹紧。定位使零件处于稳定状态，对平面来说应采3点定位。在定位点一般要承受一定的夹紧力，并应具有一定的强度和刚性。从定位稳定性与定位精度看，接触面是越小越好；而从夹紧力功能来看，接触面需要越大越好，可以用最小的单位面积压力来获得最大的摩擦力。工件装夹方法薄壁类零件在加工过程中假如采用普通装夹方法，会由于产生很大的变形而无法保证加工精度。如图1所示。

故薄壁类零件的装夹，一般采取以下措施：

（1）增大工件的支承面和夹压面积，或增加夹压点使之受力均匀，并减小夹压应力和接触应力，必要时可增设辅助支承，以增强工件的刚性。但这种方法在应用中有 局限性而且会造成材料的浪费。

（2）增加夹压点或夹压面积通过增加夹压点或夹压面积减小零件的变形或使变形均匀化。如：采用专用卡爪或开口过渡环装夹；采用液性塑料自定心夹头或弹簧夹头装夹；采用传力衬垫装夹等。

（3）变径向夹紧为轴向夹紧使夹紧力作用在刚度较大的轴向，避免了径向发生大的变形。

2.2合理选择切削用量

切削用量的选择为减少工件振动和变形，应使工件所受切削力和切削热较小。背吃刀量，进给量，切削速度是切削用量的三个要素。大量试验证明：背吃刀量和进给量同时增大，切削力也增大，变形也大，对车削薄壁零件极为不利。在加工精度要求较高的薄壁零件时，一般采取对称加工，使相对的两面产生的应力均衡，达到一个稳定状态，加工后工件平整。当某一工序的背吃刀量大时，应力将会失去平衡，工件就会产生变形。

对加工精度要求较高的薄壁类零件，应把粗加工、半精加工、精加工分开进行。粗、半精、精加工分开，可避免因粗加工引起的各种变形，包括粗加工时，夹紧力引起的弹性变形、切削热引起的热变形以及粗加工后内应力重新分布引起的变形。 内应力是引起零件变形的主要因素，为了防止零件的变形，除应严格地进行材料的热处理，使工件具有较好的组织外，在粗加工、精加工之间，最好增加一道去应力工序，以最大限度的消除工件内部的应力。

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，但不易过高。

2.3合理选用切削液

合理选用切削液，能减少切削过程中的摩擦，改善散热条件，从而减小了切削力、切削功率、切削温度，减轻刀具磨损，提高已加工表面质量。粗加工切削量大，产生大量切削热，刀具易磨损，尤其是高速钢，应选用冷却为主的切削液，如乳化液或水溶液。而硬质合金刀具可以不用切削液，如要用则必须连续、充分地浇注，以免产生裂纹。精加工切削液主要是润滑，以提高工件表面精度和表面粗糙度，以采用极压切削油或离子型切削液。同时运用高速加工，高速加工技术是近年发展起来的高效、优质、低耗的制造技术。在高速切削加工中，由于毛坯材料的余量还来不及充分变形就在瞬间被切离工件，工件表面的残余应力非常小，切削过程中产生的绝大多数热量被切削迅速带走，从而减小薄壁零件的热变形，达到表面加工质量。

2.4合理选择刀具

加工孔的车孔刀杆悬伸距较大，刚性差，容易产生振动，并在径向分力的作用下，容易发生让刀现象，影响加工孔的精度。因此加工薄臂零件孔时应尽可能增加刀杆的刚性。同时，为了容易排屑，应在车刀前面开有断屑槽或卷屑槽，在合适的刃倾角下控制切屑排出的方向。

3.结论

车床加工薄壁零件在机械加工中较为常见，由于其刚性差，加工时受切削力、切削热等因素的影响，变形较大，很难保证薄壁零件的加工质量要求。通过采用合适的装夹方式，采取合理的辅助支承和先进的加工方法，同时选择合理的刀具角度和切削用量，是能够保证薄壁零件的加工质量要求的。

参考文献：

[1] 陈日曜.金属切削原理（第二版）[M]北京：机械工业出版社.1995.

薄壁齿轮的加工 篇4

主动齿轮悬臂外套式安装是一种在铁道机车驱动装置上广泛采用的一种过盈联接方式, 如图1所示。该种联接方式结构简单、联接可靠[1], 但由于与电机轴过盈配合, 齿轮齿根处会产生较大拉应力, 如果在齿轮设计时忽略过盈配合的影响, 可能导致齿轮齿根强度不够, 在运用中发生断齿现象[2]。

因此, 在进行外套式薄壁主动齿轮设计时, 需综合考虑齿轮与电机轴的结合直径、结合长度和过盈量的选择, 既保证齿轮有效传递载荷又保证其强度满足使用要求。

下文以某型机车传动装置主动齿轮为例来分析研究外套式薄壁主动齿轮齿根弯曲强度。

2 齿轮结构及主要参数

图2为所研究齿轮的结构及外形尺寸, 齿轮内孔直径为d, 采用热胀法装配至电机轴上。齿轮材料采用18Cr Ni Mo7-6, 电机轴材料为42Cr Mo A, 齿形主要参数见表1。

3 过盈量的选取

齿轮与电机轴配合过盈量的选取与传递的电机扭矩、齿轮与电机的结合直径和结合长度等参数有关, 表2为过盈量计算相关参数。

根据GB/T 5371对齿轮和电机轴过盈量进行计算, 短路扭矩工况时, 计算出不同结合直径下最小过盈量与结合面压力, 见表3。

4 齿根弯曲强度的标准计算结果

根据表1齿形参数, 按GB/T 3480对齿轮齿根弯曲强度进行计算。以短路工况校核静强度, 以持续工况校核疲劳强度, 计算结果见表4。

5 齿根弯曲强度的有限元计算结果

5.1 有限元模型

利用UG软件建立齿轮和电机轴三维模型, 并将模型导入有限元分析软件ANSYS中, 利用ANSYS对模型划分单元格, 如图3所示。

边界条件:电机轴大端面施加全约束。

过盈联接:齿轮与电机轴之间设置过盈量。

载荷工况:齿轮载荷工况为空载、电机短路工况、持续工况、制动工况;电机扭矩通过齿轮啮合传递, 因此载荷施加在齿轮啮合线上, 啮合线取靠电机侧有效齿宽的80%。校核疲劳强度时, 载荷考虑齿轮使用系数KA、动载系数KV、齿向载荷分布系数KHβ、齿间载荷分布系数KHα和最小疲劳强度安全系数SFmin。

5.2 齿轮静强度校核

对齿轮与电机轴配合平均结合直径d为130 mm、120 mm、110 mm的模型分别进行计算, 齿根最大等效应力计算结果见表5。

计算结果表明, 不同结合直径的齿根弯曲静强度均满足要求, 但安全系数均低于按标准计算的值;空载时齿根最大等效应力已达307.8MPa, 在持续工况下, 过盈配合产生的应力成为主要因素之一。

5.3 齿轮齿根弯曲疲劳强度校核

根据机车运行特点, 机车牵引和电制动时, 齿轮产生交变应力。对某一齿根区域, 有两个相邻轮齿, 与齿根同侧的轮齿齿面啮合时, 齿根区域受拉应力最大, 两个轮齿另一齿面啮合时, 齿根区域受压应力最大。

根据上述分析, 按持续工况和电制动工况对齿轮疲劳强度进行评估。持续工况载荷施加在一齿根同侧齿面上, 齿根区域各节点取第一主应力, 持续和电制动工况载荷施加在相同轮齿的另一齿面上, 齿根区域各节点取第三主应力。

疲劳强度评价中, 选取齿轮使用系数KA=1.5、动载系数KV=1.133、齿向载荷分布系数KHβ=1.211和齿间载荷分布系数KHα=1以及弯曲疲劳强度安全系数SFmin=1.6。

齿轮与电机轴不同的结合直径d和不同过盈量情况下的Goodman疲劳极限图分别见图4、图5和图6。

对结合直径d=130 mm时, 降低过盈量对齿根进行疲劳强度计算, δe=0.18 mm, Goodman疲劳极限图见图7。

疲劳强度评估表明, 齿轮与电机轴平均结合直径d=130mm, 过盈量为0.21 mm时, 齿根弯曲疲劳强度不满足要求, 但降低过盈量或减小平均结合直径d时, 齿根弯曲疲劳评估均能通过。

6 结语

外套式薄壁齿轮由于内孔与电机轴为过盈配合, 在齿根产生较大拉应力时, 对齿根弯曲疲劳强度有较大的影响, 因此, 校核齿轮强度特别是齿根弯曲强度时必须考虑齿轮与电机轴过盈量的影响。同时, 通过选择合理的齿轮与电机轴结合直径、结合长度、过盈量以及提高齿轮材料的疲劳强度, 可解决外套式薄壁齿轮齿根弯曲疲劳强度问题。

参考文献

[1]陈国胜.弹性架悬式驱动装置的研究[J].机车电传动, 2011 (1) .

薄壁齿轮的加工 篇5

摘要：通过对现有数控工艺进行分析，针对粗基准导致数控加工后壁厚超差的问题，改进校平工艺，校平后进行数控工艺调整，预留铣削余量，壁厚测量后进行补偿找正的数控铣削方法，通过数控加工实验和小批量加工，该工艺方法数控加工的耐压薄壁组件壁厚满足设计指标。同时针对机床对超声波测量壁厚的影响，0.5mm铣削余量对表面质量的影响进行了检测方式、数控加工余量的调整，调整后数控加工工艺完全满足设计指标需要。

关键词：耐压薄壁组件;数控加工;余量;超声波测量

0引言

耐压薄壁组件作为某型机载计算机的关键结构件，具有重量轻、耐压强度高、散热效果好的特点，其结构如图1所示。耐压薄壁组件在使用过程中，腔体内部受压，常规使用压力为1MPa，个别耐压薄壁组件在正常使用的情况下，出现鼓包现象，局部产生塑性变形，个别甚至局部破裂，通过分析发现部分壁厚不满足设计要求。耐压薄壁组件通过真空钎焊焊接形成，通过数控加工保证通道壁厚满足设计指标数控加工工艺是使壁厚满足设计指标，使耐压薄壁组件安全可靠不破裂的关键。

1组件数控工艺现状分析

耐压薄壁组件框体零件上预留了基准面，焊接校平后在精铣时作为找正基准，确定的加工路线为：找平基准面铣削侧面→找正型腔面基准盘铣表面→盘铣背面，保证耐压通道壁厚0.8mm→加工型腔面。通过对采用该工艺进行加工的5件耐压薄壁组件壁厚测量数据来看，型腔面的壁厚普遍较大，平均壁厚为0.95mm，盖板面的壁厚普遍偏小，平均壁厚为0.63mm。对同一组件测量数据进行分析，发现不同测量点壁厚相差约0.1～0.2mm，而且部分组件表面与通道倾斜了0.15mm，按照耐压通道壁厚0.7～0.83mm的要求，5个组件只有两个合格。对零件和加工过程进行分析，认为主要原因包括：1)耐压薄壁组件焊接后变形量为0.5～0.7mm，钳工校正后的变形量也有0.2～0.3mm。数控加工时以框体外表面定位，不能完全真实地反映内部耐压通道的位置情况。造成耐压通道壁厚误差较大。后续应改进校平方法，将加工前的.组件平面度控制在0.1mm以下。2)测量数据显示，盖板面壁厚普遍比型腔面壁厚小。分析主要是在焊接时，焊料会流淌到作为定位找平的4个基准面上，使基准尺寸增加，若以原设计基准尺寸加工，会导致型腔面耐压通道壁厚增加(见图2)。后续数控加工时，可以调整基准尺寸，将盖板面壁厚尺寸0.8mm设置为0.9mm，使得加工后两面的壁厚保持一致。

2新数控工艺路线的制订

原数控工艺路线，以预留基准面作为数控基准，未考虑焊接变形及焊料流淌导致的基准增厚，数铣时一次铣削到位，因此造成壁厚尺寸不合格。为了避免粗基准导致的基准偏差，考虑进行基准修正，先将粗基准铣削至精基准，然后测量，通过测量值进行补偿找正来修正基准误差，因此制定新的组件数控工艺路线为：找平侧面基准铣削两侧面→找正型腔面基准，预留余量盘铣型腔表面→预留余量盘铣盖板面→壁厚检测→加工型腔面。同时，由于耐压薄壁组件焊接后变形量为0.5～0.7mm，如不进行适当校平，铣削均无法满足要求，数控加工前组件平面度与后续壁厚保证存在一定的关系.

3耐压薄壁组件加工试验

3.1耐压薄壁组件准备

耐压薄壁组件焊接后总体厚度大于20mm，原校平方法是采用钳工手工敲击的办法进行平面度的校平，校平后平面度大致在0.3mm左右，超出组件最终壁厚公差0.23mm，使后续数控加工来保证壁厚难度加大。鉴于此，对耐压薄壁组件采用热校平设备进行热校平的工艺，热校平设备工作台面为300mm×400mm，满足组件要求，可以整体校平。通过对热校平耐压薄壁组面度进行测量，均能达到0.15mm。

3.2耐压薄壁组件数控加工

在耐压薄壁组件校平的基础上，在北一大隈数控加工中心上采用新的组件数控加工工艺进行数控加工试验。采用平口钳装夹，找平侧面基准铣削两侧面铣削零件左右外形。平口钳装夹，找平4个基准面，如图3所示，预留0.5mm余量加工型腔表面。以铣削的型腔精基准作为盖板面铣削基准，盖板面预留0.5mm余量，铣削盖板面。铣削完成后，用超声波测厚仪进行盖板面壁厚的测量，如图4所示，对测量结果进行记录。根据测量壁厚结果，对组件重新装夹找平，将壁厚较大的部位用0.02mm垫片垫高，如图5所示。以壁厚最薄的地方为零点，壁厚较大的地方高于零点，保证盘铣上表面后，各处厚度接近一致。按照实测值去除余量，如实测值在1.35mm，铣削0.55mm来保证壁厚0.8mm。铣削后再次对壁厚进行测量，测量壁厚在0.76～0.85mm之间，满足设计要求。盖板面壁厚合格后，翻面以盖板面为基准，铣削耐压薄壁组件型腔面，如图6所示。精铣完成后，将耐压薄壁组件取下，对腔体面壁厚进行测量，壁厚尺寸在0.79～0.9mm左右，在设计要求公差内。

3.3耐压薄壁组件C型件加工

根据新工艺试验结论，用该工艺路线对14件C型件进行加工，在盖板面和型腔面均留余量0.5mm，粗铣后用超声波检验实际厚度，按照实际厚度去除余量，保证盖板面壁厚尺寸接近0.8mm。通过对14件耐压薄壁组件壁厚测量数据看，同一组件不同点之间的差值减小后，再加工型腔面后，壁厚接近0.8mm。在批量精加工盘铣盖板面时，实际去除余量是0.3～0.4mm，盘铣后能看到耐压通道的筋条和通道映射在表面，如图7所示，检测壁厚是合格的。分析是因为精铣时余量太小，通道处没有支撑，有微量变形，形成表面波纹。后续加工时，通过试验，将精铣余量增加大为1mm，波纹现象消失。同时在加工盖板面在机床上直接进行壁厚检测时发现，加工现场电源和机床干扰，使得测厚仪的超声波形很不稳定，测量困难，而且现场测量需要占用机床的加工时间，不利于提高效率，决定将加工后的零件取下在检验室测量并记录厚度数据。数控加工完成组件用超声波测厚仪检验盖板面和型腔面的耐压通道壁厚，每个组件的两个面各测量9个点，最小壁厚0.71mm，最大壁厚0.89mm。同一组件不同点壁厚差最大为0.15mm。从数据可以看出，型腔面和盖板面的壁厚接近一致，波动减小，对14件组件的盖板面和型腔面进行平面度检验，全部合格。4结语通过对真空钎焊耐压薄壁组件数控加工工艺进行研究，针对耐压腔体类零件采用间接基准来保证壁厚的方法，得出需要通过测量后进行修正补偿加工才能满足设计指标，同时对测量方式，加工余量预留参数等方面积累了经验。通过工艺研究得出耐压薄壁组件优化工艺，该工艺方法对耐压型腔类零件加工具有一定的借鉴意义。

[参考文献]

[1]王丽洁.典型仪表壳体类零件的数控加工工艺研究[J].机床与液压，2008(7):63-64,68.

薄壁齿轮的加工 篇6

【关键词】薄壁零件；加工问题；装夹方法；加工技巧

1.薄壁零件加工问题分析

加工薄壁零件时，会遇到各种问题，要解决这些问题就必须根据其不同的特点，找出薄弱环节，选用不同的工艺方法和夹紧方法来保证加工要求。

（1）工件装夹不当产生变形。用三爪卡盘夹紧薄壁外圆，车削完成卸下后，被卡爪夹紧部分会因弹性变形而涨大，导致零件呈多角形。为了减少变形，使用前车削扇形软卡爪内孔及内端面并符合零件定位外圆尺寸的0.05mm，且保持内孔与端面垂直，同时采用外加开口套筒或改用特殊软爪等措施来增大接触面积，使夹紧力均匀分布。

（2）相对位置调整不准，产生壁厚不均。工件、夹具、刀具与机床主轴旋转中心的相对位置调整不准，引起工件几何形状变化和壁厚不均匀。

（3）有些薄壁零件均匀性要求很高，但其尺寸精度要求却不高。这类工件若采用刚性定位，则误差较大，壁厚极易超差。

（4）刀具的选用会影响零件的精度和表面粗糙度。精车薄壁零件孔时，刀杆的刚度要高，修光刃不宜过长（一般取0.2-0.5mm），刀具刃口要锋利，同时注意冷却润滑，否则影响加工表面粗糙度；精车深孔薄壁时，要注意刀具的磨损情况，特别是车削高强度材料的薄壁时，往往由于刀具逐渐磨损而使工件孔径出现锥度。

2.零件装夹是影响加工效率的重要因素

薄壁零件刚性差，在加工过程中因受到切削力、夹紧以及切削热和残余应力的影响而极易产生变形，所以控制加工变形是保证薄壁零件加工质量的关键。众多控制加工变形的措施有进给量局部调整、改进装夹方案和改进毛坯的结构工艺性等，其中装夹方案是重要的一项。

夹具的主要作用是通过合理布置夹具和支撑块的位置及合适的夹紧力，在加工过程中对工件进行定位、约束和支撑。薄壁工件在装夹中的位置受夹紧力引起的工件夹紧点局部刚性转动，从而使工件相对于刀具的位置发生改变。工件在机床上的装夹精度也是影响加工精度的重要因素，25%-50%的加工误差是由装夹引起的，因此通过优化装夹方案来减小装夹引起的弹性变形是提高加工精度和生产效率的重要途径。

3.薄壁工件车削时的装夹方法

对车削加工来说，比较常见而且车削比较困难的是车薄壁类工件，薄壁类工件刚度低，在夹持力、切削力作用下很容易产生变形，容易导致吃刀深度不均和让刀等等现象。另外薄壁零件容易因温度升高而变形，使加工后的孔出现形状和尺寸误差。为了防止薄壁零件因夹紧和车削变形，一般地装夹及加工必须在保证内外原轴线的同轴度、端面与内孔轴线的垂直度，以及两平面的平行度前提下完成，可采取以下几种方法：

（1）采用开口套装夹：用开口套改变三爪卡盘的三点夹紧为整圆抱紧，即用三爪卡盘夹持开口套使其变形并均匀抱紧薄壁套后再车削内孔。

（2）采用大弧形软爪装夹：改装三爪卡盘的三个卡爪，在三个通用卡爪上焊接大弧形软爪，增大夹持面积，减小薄壁套的夹紧和车削变形。注意在把大弧形软爪与原三爪卡盘的三个卡爪焊接后适当放置一段时间，让其自然变形，然后对大弧形软爪应有足够的径向厚度，使其有足够的刚度。在使用一定时间后，再次进行“自干自”的精密车削，确保精度不变。

（3）直径大、尺寸精度和形位精度要求较高的圆盘薄壁工件，可装夹在花盘上车削。在花盘上用螺钉固定一个定位盘，注意在固定前要用千分表调整定位盘的外圆与车床主轴同轴，用两个或四个压板轴向压紧薄壁套后就可以车削内孔。在夹紧时注意不要完全压紧一个压板后，再压紧另一个压板，而是对称地逐渐使各个压板压紧薄壁套，这样不会因夹紧力而使薄壁套变形，车削完整后，也是对称地逐渐松开各个压板。车削时，先将工件装夹在三爪自定心卡盘上粗车内孔及外圆，各留1-1.5毫米精车余量，并精磨两端面至长度尺寸。然后将工件装夹在花盘上精车内孔及内端面。精车内孔装夹方法：先在花盘面上车出一凸台，凸台直径与工件内孔之间留0.5-1毫米间隙，用螺栓、压板压紧工件的端面，压紧力要均匀，找正后即可车削内孔及端面。精车外圆时装夹方法：将三点接触式压板通过螺栓适当压紧，即可车削外园。以上两种夹紧方法，由于用力均为轴向，工件不易变形。

4.薄壁零件的车削加工技巧

薄壁零件的几何形状和技术要求各不相同，车削薄壁零件后工件易变形，这主要是工件内部存在内应力和由夹紧力不均匀而产生的夹紧外应力。所以要根据他们的特点和要求选择合理的工艺方案，这是保证薄壁零件加工质量的关键，同时要从防止变形和保证精度出发去设计加工工艺。

薄壁零件的车削一般应把粗车和精车加工分开进行，可消除粗车时切削力过大而产生的变形，粗车后进行退火等处理，可减小其内应力。有些零件形状复杂，精度要求高，需要在粗车和精车之间增加半精车工序，使粗加工产生的变形逐渐得到修正，几何形状和尺寸精度逐步得到提高。当使用同一基准、一次装夹完成工件半精车与精车加工时，应用开口套筒及专用扇形软卡装夹薄壁工件，可增大装夹接触面积，使夹紧力均匀分布在薄壁工件上，以减少工件的变形。在精车前松开工件，并把它稍微转动一下，使它恢复到自由状态。其中要减小外应力的方法之一就是在精车前松动一次夹紧，或调整一下工件位置后再夹紧，可起到减少和改善薄壁工件变形的作用，再把工件夹紧进行精车，同样能达到修正变形的目的。同时使用夹具时应减少工件夹紧与车削时的变形，以此保证薄壁质量。

另一种简便易行的释放工件外应力的工艺方法：首先粗车端面、外圆和内孔，车削长度大于工件长度；松动一次三爪，半精车端面、外圆和内孔；其次在外圆上按工件长度车一个槽，注意槽的底径要大于精车后工件的内孔直径；最后再沿槽切断。用这种方法车削的薄壁件，变形情况大为减小，其原因就是车出的槽使工件释放出了夹紧力不均而产生的外应力，使精车时，工件处于无应力变形状态，接近自由状态，车断后工件仍然保持了车削时的形状和尺寸精度。

此外，合理选择刀具几何角度、切削用量和切削液也至关重要。粗加工时，背吃刀量和进给量可以大些；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。切削速度对切削力影响不大，但要根椐工件材料、工件直径、刀具材料及角度，控制在一定范围内，一般取Vc=6-120m/min。精车时尽量用高的切削速度，但要采取一定的措施，防止工件的共振，降低工件表明的粗糙度值。切削速度同时也是影响刀具耐用度的主要因素。如果切削速度高，刀具容易磨损，刀具锋利程度的减弱，也同样会引起切削力的增加。因此切削深度和走刀量不宜过大，否则稍遇振动极容易产生“轧刀”，减小切削时的吃刀力将会大大减少工件变形，而采用较大的主偏角、稍大的前角、较小刀尖圆弧半径的锋利车刀，则吃刀力较小；同时切削时吃刀深度小些，并采用充足冷却润滑液等方法都将减少工件变形。所以只有适当地安排工艺顺序，精心操作才能保证薄壁工件的加工质量。

5.结语

通过实践，按上述工件装夹方法和加工技巧手段，对加工后薄壁零件进行检测，从中可知采用以上方法保证了工件的尺寸及加工精度，同时降低生产成本，提高生产效率，保证了产品质量，为企业生产取得良好的经济效益。

【参考文献】

[1]车削加工禁忌事例.机械工业出版社.

加工薄壁件安装面工艺探讨 篇7

【关键词】薄壁件；安装面；以车代铣；粗糙度；校平

近年来随着汽车工业的高速发展，柴油机压铸铝零部件，尤其是壳类薄壁件越来越多。由于壳类薄壁件自身的结构特点，装夹时变形大，在生产加工中极易产生变形，给加工带来了较大困难。经过长时间的实践探索，在加工过程中扩展加工思路。通过多种工艺手段，从设备、夹具、刀具、工艺参数、校平等几个方面入手，根据工件的结构特点，终于成功解决加工难问题，保证了产品质量。

以齿轮室盖为例，安装面加工为瓶径工序，要求高，前期实验中采用铣削加工，设备为立铣床X52K，采用φ315铣刀盘进行切削，加工前需要找平，效率较低，而且加工质量差，平面度和粗糙度难以保证。为此采用了新工艺方法进行解决。下面从设备、夹具、刀具、工艺参数、校平等几方面进行论述.

一、设备选用方面

齿轮室盖属于薄壁件，壁厚3-3.5mm。传统加工是铣削加工，装夹时夹紧力分布不均匀，各装夹点的变形量不同。由于铣削时为多片刀切削，而且各刀片磨损程度不同，导致各个刀片的切削力不同，造成变形较大，平面度很难保证。铣削时转速只能保持在300r/min，进给量1mm/r，工时6分钟，产量低。所以决定采用车削加工，实行以车代铣。根据齿轮室盖的回转半径选用C3163车床作为加工设备。

二、车夹具的设计

由于齿轮室盖壁薄，壁厚小于3.5mm，材料为YL113，由结构和材料特性决定刚性较差，是典型的薄壁件。装夹过程中夹具夹紧变形、加工过程受到切削力作用容易产生加工变形、由材料特性决定的弹性变形等都影响齿轮室盖的加工精度和质量要求。因此合理设计工装夹具、确定合适的夹具结构、选择合适的夹紧点。夹紧力、加工顺序和切削参数等是关键因素。经过多次方案修改，我们设计了适合车床加工的夹具，采用花盘式结构，突破传统夹紧观念，整个车夹具由联结盘组、夹具体组、仿型压紧组、尾座组等组成。

下面介绍一下各个组成部分：

1、联结盘组

联结盘组的功能是使夹具和车床主轴联结，联结盘和夹具组用φ160止口定位，联接盘和夹具体用均布3个螺纹锥销联结定位，限制轴向和径向位移，然后用6个M16内六角螺钉紧固，接触面要调质处理后磨平。

2、夹具体组

夹具体组由2个定位销和17个定位柱组成，因为周边17×φ9螺栓通孔的外平面为同一个分型面，所以作为定位点比较合适。采取多点定位的方式，头部为圆台形的定位柱，使定位柱的头部和螺栓通孔的外平面紧密配合，使受力更均匀，变形达到最小。定位柱和夹具体采用螺纹联结，装配时将连接组和夹具组装配好后，由车床自车定位柱头部，使之在同一个平面内。夹具体是30mm厚的花盘，在保证强度的情况下尽量减少重量。

3、仿型压紧组

仿型压紧组由仿型压紧板、压紧套、5号活顶尖、推力轴承和螺栓组组成。压紧板材料为65Mn经淬火处理，加强刚性。外形为齿轮室盖的内部型腔形状。旋转中心要选在齿盖的型心。

4、压紧套

一端和仿型压紧板用螺钉联结，另一端和5号活顶尖配合，配合方式采用过盈配合方式。

5、工作原理

启动设备，工件、仿型压紧组（包括推力轴承）、联结组、夹具体组一同转动可以进行加工。压紧板不但有压紧的作用，还有矫正齿盖变形的作用。

三、刀具的选择

1.压铸铝齿轮室盖材料为YL113，在材料中添加了硬质耐磨颗粒作为强化剂，这些硬质颗粒会造成刀具过早磨损和产生大量切削热。传统的镶硬质合金刀片车刀，遇到硬点和耐磨颗粒极易打刀，频繁磨刀占用大量工作时间，不能满足工时要求。而且切削量深度小，2次走刀，严重影响生产进度。为此引进山特维克刀具机夹车刀，使用CCGX120408-AL刀片，金刚石涂层的硬质合金刀具完全可用于具有复杂形状切削刃的旋转刀具以及具复杂断屑的刀具。

2.刀具参数选择，刀柄选为SCLCR2020K12型，Kr=75。，刀片的夹紧方式为螺钉夹紧方式，保证加工过程中的铝屑不会缠绕在刀体上，保证了稳定性和通畅的切削流动。刀片选用CCGX120408-AL，菱形80。，后角7。，刀尖半径rε=0.8mm，使用可乐满Wiper刀尖的刀片，有利于提高车削生产率和表面质量。

四、工艺参数的选择

1.切削深度ap的选择，根据压铸模具的实际情况和生产的经济性，选择ap=0.6mm.

2.进给率fn的选择，为降低切削力，选fn=0.15mm/r.

3.转速Np的计算，由于螺旋切削长度SCL=984.39m，转速Np= SCLx1000/（Dp×π）=1100r/min，根据车床实际情况，选为N=1000r/min。综上所述选择加工参数ap=0.6mm；fn=0.15mm/r；N=1000r/min。

五、校平

为了保证齿盖的平面度，我们增加了校平工序，将产品在平台上用橡胶锤校平，用塞尺检测，进行校正变形加工过程的变形。

在实际加工中，压铸铝齿轮室盖完全达到了工艺要求，此工艺的试验成功为薄壁件的加工开辟了新思路，被广泛应用到多个薄壁压铸铝件加工中，都得到了较好效果，并得到推广。

参考文献

[1]王光斗，王春福主编.《机床夹具设计手册》

[2]成大先.《机械设计手册》第2卷