薄壁零件的加工方案

薄壁零件的加工方案（共10篇）

薄壁零件的加工方案 篇1

摘要：在数控车加工过程中, 经常碰到一些薄壁零件的加工。本文详细分析了薄壁零件加工的特点、防止变形的工艺方法、车刀几何角度及切削参数的选择, 结合在教学实践中的实例设计出加工方案。

关键词：薄壁零件,工艺分析,加工方案

1 薄壁工件的加工特点

车薄壁工件时, 由于工件的刚性差, 在车削过程中, 可能产生以下现象。

1.1 因工件壁薄, 在夹压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。当采用如图1所示三爪卡盘夹紧工件加工内孔时, 在夹紧力的作用下, 会略微变成三角形, 但车孔后得到的是一个圆柱孔。当松开卡爪, 取下工件后, 由于弹性恢复, 外圆恢复成圆柱形, 而内孔则如图2所示变成弧形三角形。若用内径千分尺测量时, 各个方向直径D相等, 但已变形不是内圆柱面了, 这种现象称之为等直径变形。

1.2 因工件较薄, 切削热会引起工件热变形, 从而使工件尺寸难以控制。

对于线膨胀系数较大的金属薄壁工件, 如在一次安装中连续完成半精车和精车, 由切削热引起工件的热变形, 会对其尺寸精度产生极大影响, 有时甚至会使工件卡死在夹具上。

1.3 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 减少和防止薄壁件加工变形的方法

2.1 工件分粗, 精车阶段粗车时, 由于切削余量较大, 夹紧力稍大些, 变形也相应大些;

精车时, 夹紧力可稍小些, 一方面夹紧变形小, 另一方面精车时还可以消除粗车时因切削力过大而产生的变形。

2.2 合理选用刀具的几何参数精车薄壁工件时, 刀柄的刚度要求高, 车刀的修光刃不易过长 (一般取0.

2~0.3mm) , 刃口要锋利。

2.3 增加装夹接触面如图3所示采用开缝套筒或一些特制的软卡爪。

使接触面增大, 让夹紧力均布在工件上, 从而使工件夹紧时不易产生变形。

2.4 应采用轴向夹紧夹具车薄壁工件时, 尽量不使用径向夹紧, 而优先选用如图4所示轴向夹紧方法。

工件靠轴向夹紧套 (螺纹套) 的端面实现轴向夹紧, 由于夹紧力F沿工件轴向分布, 而工件轴向刚度大, 不易产生夹紧变形。

2.5 增加工艺肋

有些薄壁工件在其装夹部位特制几根工艺肋, 以增强此处刚性, 使夹紧力作用在工艺肋上, 以减少工件的变形, 加工完毕后, 再去掉工艺肋。

2.6 充分浇注切削液通过充分浇注切削液, 降低切削温度, 减少工件热变形。

3 数控车削薄壁件参数选择

数控车床进行薄壁件加工时, 具有较大的优势, 对于直径较小 (φ160mm以内) , 长度短 (250mm以下) , 壁厚为2-2.5mm的薄壁工件, 可以一次性车削成型。但应注意不要夹持在薄壁部位, 同时应选择合适的刀具角度, 具体的刀具角度如下。

3.1外圆精车刀

Kr=90°～93°, Kr’=15°α0=14°～16°, α01=15°, γ0适当增大, 刀具材料为YW1硬质合金。

3.2 内孔精车刀

Kr=60°, Kr1=30°, γ0=35°α0=14°~16°, α01=6°~8°, λs=5~6°, 刀具材料为YW1硬质合金。

3.3 精加工车削参数Vc=160m m/m in, f=0.1m m/r, αp=0.2~0.4m m。

通过以上分析, 本例的薄壁工件可采用悬臂装加的方式进行加工。

4 加工薄壁件难点分析

本例工件除了加工薄壁件的难点外, 还有加工内凹半圆?外凸半圆以及T型槽的加工难点。对于内凹半圆, 采用R3的圆弧形车刀进行加工;对于外凸半圆, 则采用外切槽刀进行加工;对于T形槽, 则采用35°菱形刀片机夹式车刀进行加工, 其主偏角取93°, 副偏角取52°。

5 薄壁组合件加工方案

本例加工薄壁组合工件如图8所示, 加工方案如下:

5.1 加工件3右侧内外轮廓如图5所示, 注意先加工外轮廓, 再加工外轮廓, 保证φ58, ф52外圆尺寸, 同时保证ф48, φ23内孔和内锥孔的精度要求。

5.2 掉头装夹, 以φ23内孔表面作为校正面进行校正, 加工件3左侧外轮廓及内锥孔, 保证各项精度要求。

5.3 加工件2左侧内孔及外圆台阶如图6所示, 保证φ70外圆尺寸, 同时保证φ48, ф58内孔和M56×2-6H内螺纹的精度要求, 用件3与之螺纹旋和, 保证配合精度要求。

5.4 拆除件2, 加工件1左侧内外轮廓如图7所示, 先加工外轮廓再加工内轮廓, 注意薄壁件的悬臂加工以及外凸半圆和内凹半圆的加工刀具及加工方式。

5.5 掉头采用一夹一顶的方式装夹件1, 加工件1右侧外轮廓, 保证φ58, φ48, φ23, φ16的外圆尺寸及M56×2-6g的外螺纹尺寸的精度要求。

5.6 不拆除件1, 用螺纹连接方式安装件2, 加工件2外轮廓, 保证φ80外圆及T形槽的各项精度要求。

5.7 拆下件1, 以件2的Ф80的外圆作为装夹表面, 校正Ф48内轮廓后加工件2左侧内轮廓, 保证Ф58内孔和M56×2-6H内螺纹的精度要求, 用件3和件1与之试配, 保证配合精度要求;如图8所示。

5.8 拆下工件, 去毛倒棱, 进行工件组合并进行自检。本例的关键是进行合理的工艺分析, 选择合理的加工方案, 合理的选择刀具及切削参数, 而工件的编程难度不大, 这里就不再做叙述。

6 结语

本文阐述了薄壁工件的加工特点, 减少和防止加工变形的方法, 加工难点分析以及数控车削薄壁件参数的选择, 确定了薄壁组合件加工方案。经生产实践证明, 该加工方案切实可行, 能保证薄壁组合件的尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度和装配质量都满足图纸要求, 可为类似零件和产品的机械加工提供一定的借鉴。

参考文献

[1]刘立.数控车床编程与操作.北京:北京理工大学出版社.2006.8.

[2]职业技能鉴定教材编审委员会.车工.北京:中国劳动出版社.2004.7.

[3]穆国岩.数控加工编程与操作.北京:机械工业出版社.2008.8.

减少薄壁零件加工变形的探讨 篇2

【摘 要】针对薄壁零件刚性差制造过程中容易产生变形，加工精度不高等问题，本文详细分析薄壁零件加工特点，防止变形的工艺方法，工艺方法的改进及切削参数的选择，对减少薄壁零件加工变形，提高薄壁零件加工精度的具体方法进行探讨。

【关键词】薄壁零件；变形；精度；生产效率

0.引言

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，但由于薄壁零件刚性差，强度等原因，在加工中容易变形，使零件的形位公差增大，难以保证零件的加工精度与加工质量，本文针对如何减少零件加工变形及提高薄壁零件的加工精度，对工件的装夹，刀具的合理选用，切削用量的选择等方面进行探讨。提出设计工装夹具及改进工艺等步骤。有效地克服薄壁零件加工过程中出现的变形，为保证加工精度提供了良好的依据及借鉴。

1.影响薄壁零件加工精度的因素

影响薄壁零件加工精度的因素有很多，如机床的几何误差、夹具误差、工艺系统的受力变形、受热变形、震动变形调整误差、工件残余应力引起的误差等等。本文主要从受力变形，受热变形和震动变形三个方面进行探讨。

1.1受力变形

因工件薄壁强度弱，在卡盘上夹紧时夹紧力不均衡，会使零件产生变形，造成零件的圆度误差，从而影响工件的尺寸精度和形状精度。

1.2受热变形

由于切削热，摩擦热，派生热源，环境温度等因素，使工件系统各部分的变形产生差异，从而破坏了刀具与工件的准确性及运动关系。特别是薄壁零件更容易产生变形。使工件尺寸难于控制。

1.3震动变形

在切削力的作用下，容易产生受迫振动和自激震动，在加工表面下震动痕迹，影响工件的尺寸精度，形状，位置精度和表面粗糙度。图1所示为薄壁零件，现从工件的装夹，刀具的合理选用，切削用量的选择等方面进行综合实验，以期减少零件加工变形以提高零件的加工精度。

2.具体实例

图1所示从零件的图样要求及材料加工此零件的难度主要是刚性问题，薄壁零件的部分仅为5mm，材料为45号钢，考虑定位精度，装夹方便可靠，通常用软爪夹持外圆或撑内孔装夹方法来加工，车削受力点与夹紧力作用点相差较远，还需车削?54受力很大，因而刚性不足，容易引起晃动和震动。

2.1优化夹具的设计

由于工件薄壁刚性差，如果采用常规方法装夹及切削加工，工件将受到轴向切削力和热变形的影响，而出现弯曲变形，很难达到技术要求，为解决此问题，并考虑到装夹快速省力，有一定的适用范围等方面，为此设计了一套适合该工件的专用夹具如图2：夹具体1支撑内孔可夹工件，材料为45号钢，夹具体上为控制总长。拉杆3通过左端拉紧，其外椎面压紧，夹具体右端的内孔来夹持工件。内镗孔刀采用机夹刀缩短换刀时间，具有较好的刚性，能减少振动变形和防止产生变形；外圆粗，精车均选用硬质合金车刀，选择根据是取它的使用强度高，抗冲击和抗振性能好。

2.2工艺过程

（1）装夹毛坯15mm，平端面至加工要求。

（2）用?40钻头钻通孔，粗精加工?44通孔。

（3）粗精加工?75外圆，加工长度大于3.5mm。

（4）调头利用夹具如图所示装夹控制总长40mm；平端面。

（5）拆卸工件，完成加工。

2.3切削用量的选择

（1）内孔粗车时，主轴转速每分钟500-600转，进给速度F100-F150转；留精车余量0.3-0.4mm。

（2）内孔精车时，主轴转速每分钟1100-1200转，为取得较好得表面粗糙度选用较低的进给速度F30-F45，采用一次走刀加工完成。

（3）外圆粗车时，主轴转速每分钟1100-1200转，进给速度F100-F150，留精车余量0.3-0.5mm。

（4）外圆精车时，主轴转速每分钟1100-1200转，进给速度F30-F45，采用一次走刀完成。

3.结束语

浅谈薄壁零件的加工 篇3

在数控加工中, 薄壁零件因其自身具有重量轻, 节约材料, 结构紧凑等特点在航空航天、通讯、国防等各个领域产品中得到了越来越广泛的应用, 而薄壁零件因其壁薄、刚性差、易变形加工困难也成了同时需要面对的棘手问题, 由于薄壁零件自身的特点, 在实际加工中不易达到设计的形位公差要求, 其加工工艺较为繁复, 编程、加工需要注意的细节较多, 实际操作较为复杂。作者针对这类薄壁零件以曾经加工过的一批零件为例介绍薄壁件的加工方法、夹具使用、刀具选用、参数选择及编程要点等。此零件使用Master CAM 9.1编程, 在FANUC系统三轴机床上加工完成。数控加工薄壁零件时, 零件因刚度不足引起的加工变形成为影响尺寸精度的主要矛盾。为了提高零件尺寸的稳定性, 对于薄壁零件的加工必须从工艺安排、夹具设计、设备选择、刀具选择、加工参数选择、程序编制等方面进行综合考虑, 以解决零件在反复装夹后保证零件的加工精度的问题。下面通过具体实例来介绍薄壁件的加工。

2 实例零件加工

2.1 示例零件特点

实例零件 (如图2) 为不久前加工的某型号产品光学系统的前镜头板, 共45 件, 材料为LY12 铝板, 下料尺寸为185mm*130mm*15mm, 转入本工序时已经经过粗加工及时效工序, 粗加工后余量为单面1.5mm, 零件变形较大约为1mm -1.8mm。

从图2 中可以看出, 零件形状并不复杂, 多为平面、台阶, 但零件外形尺寸较大, 由于中部为D形空腔, 其有效截面积很小, 并且截面面积变化较大不均匀。对于数控加工来说, 此零件的尺寸公差较大, 除注意选择合适的加工参数外, 在编程上基本没有什么难度。加工最困难的是相对于A基准的平面度0.025mm、平行度0.02mm。零件由多个台阶组成加工任何一面都有可能因为零件变形造成平面度超差, 由于工件较薄, 刚性较差, 所有面都需要加工, 工步多, 一般情况下这样的零件仅控制平面度就比较困难, 而此零件需要在多次装夹后来控制两面平行就更加困难。

2.2 加工工艺分析

通过对工件结构及其加工难点的分析, 根据零件特点, 制定加工工艺流程。此零件由于尺寸公差较大其加工难点主要的就是解决零件变形问题, 而解决零件变形主要在于解决三点问题, 第一解决零件应力释放问题, 第二解决装夹问题, 第三解决切削力问题。

2.2.1 零件应力的释放

一般情况下零件释放应力有两种途径, 即时效和加工释放。时效包括自然时效和人工时效, 而时效本身的特点决定了其不适于在精加工过程中进行, 而且零件已经经过人工时效, 所以在这里不讨论时效应力释放问题。

对于应力的加工释放其实就是通过不断的分层次加工使其应力得到重新分布并达到平衡进而控制变形。通过实验可以知道, 对于易变形件的加工可以通过多次的均匀小余量切削使其变形逐渐减小直至达到加工要求。

因此加工分为三大步:粗加工、半精加工、精加工。

2.2.2 装夹问题

由于零件壁薄不易定位、装夹, 很容易变形, 如果采用通用夹具来装夹工件和切削加工, 将难以控制零件的变形, 很难达到技术要求, 提高了装夹和加工难度。而由于零件毛坯的变形较大所以第一步只能使用通用夹具重新建立粗基准, 建立基准后此零件多数工步将采用夹具装夹。由零件的特点可知其形状变形主要为平面弯曲、扭曲, 对薄壁外周边影响较小, 所以夹具将采用零件外周边定位方式, 粗加工时零件压紧使用小压板轻压, 半精加工时切削力相对较小视情况可使用小压板手拧轻压或在夹具底面加固体油脂使其产生粘滞力带紧零件, 精加工时由于切削力极小可以不使用压板压紧, 而使用夹具小配合间隙时产生的阻尼力夹紧零件。

2.2.3 切削力问题

由于高速加工的切削力小, 对加工刚性较差零件减少了变形。高速加工的切削热小, 零件不会由于温升导致翘曲或膨胀变形。高速加工的切削震动小, 保证了较好的加工状态, 降低了零件装夹压紧力, 减小了变形。高速加工刀具与工件间的摩擦小, 切削破坏层变薄, 残余应力小, 从而降低变形。所以切削时为防止切削力过大将采用高速小吃刀高速加工所以发热及磨损很小可以忽略, 仅仅要注意冷却润滑方式以防止切削瘤的产生。所以解决切削力问题主要在于选择合适刀具及合理的切削参数。

2.2.3.1 刀具的选择。切削时为防止切削力过大讲采用高速小吃刀加工, 所以需要采用耐磨比较好的刀具, 且为了切削稳定使用四刃刀具, 这里选用聚晶氮化硼涂层的30 度四刃整体硬质合金立铣刀。粗加工考虑切削效率及切削稳定选用直径6mm立铣刀, 半精加工时由于进刀量及切深减小为降低抗力及振动选用直径5mm立铣刀, 精加工时进一步降低切削力及考虑最小凹角问题选用直径4mm立铣刀。 (钻孔攻丝参数在此不做说明)

2.2.3.2 切削参数的选择。切削参数的合理选用, 对切削过程的稳定性, 刀具的耐用度等有很重要的作用。为了减低切削力在机床允许的情况下将使用高速切削, 高速切削最大的优势并不在于速度、进给速度的提高所导致的效率提高, 而是由于采用了更高的切削速度和进给速度, 允许采用较小的切削用量进行加工。由于切削用量的降低切削力和切削热随之下降, 工艺系统变形减小, 可以避免铣削颤振。由机械制造原理可知任何的刀具刃口都不可能做成绝对的尖部, 都存在刃口圆弧, 在切削时由于圆弧的存在其切削力分为几个方向, 如图2 所示。

由图2 中可以看出, 当刀具切削时由于刃口圆弧的存在切削力将有三个分力, 当切深h远大于刃口圆弧半径R时, C向力大于B向力, 刀具将会将零件抬离夹具, 而当切深h小于等于刃口圆弧半径R时, C向力小于B向力, 刀具将会将零件压紧夹具。据此在零件精加工及修光时一般选择的切深等于刃口圆弧半径此时切削最稳定, 震动最小, 切削力最小。由于有刀具的压紧力所以精加工及修光时可以不压紧零件仅靠夹具的摩擦力加工, 要注意的仅仅是防止零件底面不贴合夹具引起震动。

根据刀具厂商提供的参数范围选用较高速度, 具体参数如表1。

转速及进给可根据实际切削情况用倍率旋钮调整。侧面切深指使用侧齿切削时的轴向切削深度, 底面切深指使用底齿切削时的轴向切削深度, 一般情况下侧齿的切削宽度不大于刀具直径的十五分之一一般取直径的二十分之一, 底齿切削宽度不大于直径的四分之三一般取直径的三分之二到直径的一半。

2.2.3.3 冷却润滑。由于零件为铝件且刀具采用高速小吃刀加工所以发热及磨损很小, 所以仅需要注意防止积削瘤的产生。积屑瘤延伸到刃外, 使得实际切削厚度增大, 影响尺寸准确性。积屑瘤周期性增大脱落, 可随切屑排出或残留在已加工面形成鳞片状毛刺增大已加工表面粗糙度。积屑瘤未脱落时, 起保护刀刃和减小前刀面磨损的作用, 脱落时可能粘连刀具材料一起剥落而加快刀具失效影响刀具耐用度。在粗加工和半精加工时可采用油气雾冷却润滑, 以避免积削瘤的产生。精加工时由于切削量很小, 且为了夹具清理方便可以单用汽冷。注意气压避免压力过大将零件吹动, 调整至吹走切削即可。

2.2.4 确定加工工艺

在解决零件变形主要三点问题, 零件应力释放、装夹、切削力之后确定加工工艺流程。如表2 所示。

2.3 零件的加工

下面工艺流程详细说明加工及编程:加工分为三大步:粗加工、半精加工、精加工。整个加工步骤除孔加工外每两个工步为一组, 分别加工零件两面。

2.3.1 粗加工

粗加工分为四个工步。第一工步使用机用精密平口钳夹持H-H视图右侧台阶面, 以零件A面定位于钳口, 并在工作台加装辅助定位器, 夹紧力要小, 轻夹。第二工步由于外形基准及平面基准已经创建完毕, 为防止虎钳装夹变形大则使用夹具装夹 (如图4:夹具一) , 夹具侧面多数空开小面积定位以免零件变形不好放入, 由于零件有变形底面不能很好贴合, 所以夹具使用小压板轻压, 加工期间需换压一次。第一第二工步由于零件变形, 其粗基准不好, 所以本工步主要是为了重建基准, 只要大部分面见光, 加工完成后平面变形不大于0.5mm即可。路径编程尽量使用外形铣削注意进退刀, 使用直径6mm铣刀。

第三, 第四工步进一步提高零件平面度及两面平行度, 使其不大于0.2mm。其中第三步使用夹具二, 如图4:夹具二。路径编程尽量使用外形铣削注意进退刀, 使用直径6mm铣刀。

2.3.2 半精加工

半精加工分为五个工步。第五第六工步进一步提高零件平面度及两面平行度, 使其不大于0.1mm。由于需要进一步降低切削力所以选用5mm立铣刀加工。路径编程尽量使用外形铣削注意进退刀, 使用直径5mm铣刀。

第七工步为重建精确外形基准, 且由于平面变形已经较小, 且外形较薄变形对外形尺寸的影响也变小所以在这里外形尺寸133.5mm*170mm至图。为降低振动使用4mm立铣刀, 使用夹具三 (如图5:夹具三) , 夹具使用A面及113.7mm处台阶定位精加工外形至图, 同时将孔加工完成。

路径编程尽量使用外形铣削注意进退刀, 使用直径4mm铣刀。 (钻孔攻丝参数在此不做说明)

第八第九工步进一步提高零件平面度及两面平行度, 使其必须小于0.05mm。由于需要进一步降低切削力所以选用4mm立铣刀加工。且由于平面变形已经较小, 变形对型腔尺寸的影响也变小所以在这两步所有侧面尺寸至图。并且由于零件外形已经精加工, 所以改用夹具四、夹具五 (如图6:夹具四、图7:夹具五) , 并且此时压紧力要非常轻。路径编程尽量使用外形铣削注意进退刀, 使用直径4mm铣刀。

2.3.3 精加工

精加工分为两个工步。第十、第十一工步进一步提高零件平面度及两面平行度, 使其不大于0.02mm达到图纸要求, 且深度尺寸尽量偏上差为部分零件返修留余量, 并且要添加最后纹路修光步骤。精加工仍使用夹具四和夹具五, 夹具使用时不再使用压板压紧, 而是采用夹具阻力夹紧, 情况不好可以使用油脂垫底, 冷却为空冷, 不再加注油雾以免切削不稳定。更换零件时家具一定要清理干净。

编程路径使用外形铣削注意进退刀, 使用直径4mm铣刀, 最后一层0.02mm修光时编程不使用进退刀采用直接下刀改善表面纹路。两工步完成后检测零件平面、平行度, 如有超差重复精加工工步即可。

2.4 加工时注意事项

(1) 随时注意零件的切削状态、刀具使用状态、气流压力及零件震动情况及时调整参数或更换刀具。 (2) 根据切削表面粗糙度变化调整油雾浓度。 (3) 装夹时一定要注意力量不能过大。 (4) 清理夹具一定要仔细, 不能有残留细切削。 (5) 安全生产, 佩戴防护用具。

3 结束语

通过以上方法加工后的零件达到图纸要求。这些加工方法都是从实践中获得, 在现在的加工中得到了应用, 利用这些方法可以有效地解决这类薄壁零件在加工中遇到的问题, 这些方法只是解决方法的一部分, 其他更有效的方法还有待总结和发现。

参考文献

[1]武凯.航空薄壁件加工变形分析与控制[D].南京航空航天大学, 2002.

薄壁零件的加工方案 篇4

【摘 要】文章从对轴类薄壁件的特性分析入手，对影响零件加工质量的因素，作了具体分析，揭示了薄壁零件切削加工的实质性问题。弹性变形与切削振动的关系，指出了提高零件在加工中防止变形，提高质量的工艺措施。

【中图分类号】 F407.44【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0250-02

前 言

随着社会的发展，人们对产品的质量要求不断提高，希望其产品轻巧、美观、环保、节约原材料，所以薄壁零件被更多应用到产品中。因此，提高薄壁零件的加工质量，对满足产品高品质的要求起着重要的作用。而该类零件的突出特征是零件的刚度低，精度高，在加工中容易产生变形，加工制造的难度大。因此对薄壁零件的加工进行深入的研究有着十分重要的意义。下面我们主要对轴类薄壁零件的加工作出分析研究。

一 、 薄壁零件的特性

薄壁零件的壁厚和零件的整体尺寸相比，很小。因而使零件本身刚性减弱，当受到外力的作用时容易引起变形。薄壁零件的工艺稳定性差。对于轴类薄壁零件，壁厚的大小对零件的加工质量影响很大。壁厚大的，刚度大。壁厚越小，零件的刚度越小，变形量越大。这是造成加工误差的天然因素，也即内因。有时为满足设计要求我们难以改变，那么我们就只能从构成加工误差的外部因素加以分析。下面我们分析造成加工误差的其他因素。

二、 薄壁零件加工误差分析

由上述分析可知，薄壁零件的刚度低，是造成加工误差的内部因素，构成加工误差的外因，一方面，与机床本身的精度，刀具的性状有关。另一方面，与零件所受外力有直接影响。

1、 切削力的影响

例如，在车床上或外圆磨床上加工长轴时，零件被装卡在两顶针之间。切削力Py，使零件发生弯曲变形。因而，在零件的全长范围内，切去的金属层厚度不均匀，在中间部分切去的金属层最薄，形成腰鼓形误差。（图1）

对于壁厚不均匀的零件，当加工偏心外圆时，由于切削力的影响，就会在薄壁处出现内外表面塌陷（图2-1），或外圆表面凸起的情况（图2-2）。

1） 发生永久变形时产生误差的情况；2） 发生弹性变形时产生误差的情况

2、 夹紧力的影响

利用三爪卡盘夹持零件进行镗孔时，零件的内孔，是当零件发生了弹性变形的情况下成形的（图3），当取下零件后，由于弹性的恢复，加工好的内孔，就会向原夹紧力的相反方向伸长，造成圆度误差。

3、 弹性变形与切削振动的影响

综上分析，尽管各类零件的形状结构不同，加工方法各异。但对影响加工误差的原因，却有一个共同点。这就是：外力引起的弹性变形，产生加工误差。其误差的大小，与零件发生弹性变形的程度有关。

切削过程中的弹性变形，是产生切削振动的重要根源。

切削振动，反回来又加剧薄壁零件的弹性变形。这种由变形引起振动，振动加剧变形的往返过程，是薄壁零件切削加工中的一个显著特点，也是造成加工误差的重要原因。

三、 改善薄壁零件切削加工的基本途径

根据薄壁零件刚度低的特点，在制定加工方案时，常常把增加零件的有效刚度，选择合理的夹紧方式，优选刀具几何参数以及改变工艺方法等手段，当作重要的措施原则。

1、增加零件的有效刚度，提高零件在加工中抵抗变形的能力。

当刀具切入刚度低的零件时，由于工件发生弹性变形，即使一把锋利的刀具，也会遇到来自工件方面的“以柔克刚”的反切削阻力。使工件与刀具的相对位移加大，切削振动加剧。在此情况下，必须提高零件的有效刚度，才能保证切削的顺利进行。例如，1）对长径比大的轴类零件，利用中心架和跟刀架，使有效长径比变小，使有效刚度增大。改变由两端顶起为一端用车头夹持，一端用顶针支撑的方式，以及对精度高的长轴，两端顶针孔必须经过研磨，获得正确的锥孔及高的光洁度等方法，都是减少接触变形，增大支承刚度的有效措施。2）对于薄壁筒零件欲增加其有效刚度，可以增加有效厚度着手，在零件受加持的部位，衬一足够厚度的整圆衬圈，连同衬圈一起加紧零件，使薄壁受到支撑，避免夹紧处的应力集中，减少夹紧变形。

2、选择合理的夹紧方式，消除或减少零件的夹紧变形。

1）在细长轴零件的加工中，由于零件的热扩散性能差，切削热会导致零件产生很大的线膨胀，加剧零件的弯曲变形和振动。若采用弹性夹头和塑性液压顶针并使用跟刀架，工件与卡爪间为线接触，起万向调节作用，可以减少零件的弯曲变形。同时采用反向走刀的切削方式，可提高加工质量。

由于零件很长，刀具由一段走到另一端，会因磨损过大而很快降低切削能力并带来加工误差。因此，在跟刀架的作用下，工件的刚度低，已不再成为矛盾的主要方面，而如何提高刀具的耐用度，则是能否完成这一切削过程的关键。于是，采用大走刀、小吃刀和低速切削的方法，常能收到满意效果。

2）选择轴向夹紧，改善工件的受力条件

当工件的内孔或外圆存在有圆度误差时，不论夹持外圆或内孔，夹紧变形都是难以避免的。可实施轴向夹紧。对于薄壁筒类零件，实行轴向夹紧的优点在于，当圆筒形零件承受外力时，从力学的观点分析，在互相垂直的轴向和径向，零件承受的应力（δ）是不相等的。当轴向夹紧时零件许可承受的外力，比径向夹紧时许可承受的外力大得多。因此，实施轴向夹紧，可以保证夹紧力的作用方向始终通过零件本身刚性最强的截面。

3、 改进工艺方法

对于一些薄壁环状零件，像光学玻璃压圈、隔圈、垫环等。都具有壁厚小，两端面平行度高的特点，为避免第二次装卡时产生夹紧变形，多采用一次装卡的方法完成最终工序的加工。

4、 优选刀具几何参数，提高切割能力

刀具几何参数的合理选择，是反映切削过程中多因素综合效果的重要标志。各个几何参数，包括切削角度、刀口形状、刀刃形状。在切削过程中都不是孤立的在起作用，而是互相影响、互相制约。选择时除应遵循一般的切削规律，还应针对薄壁零件的工艺特征，侧重于保持刀刃的锋利和切削过程的稳定。例如，从降低切削力，减少切削变形，加强刀具的切割能力来看，应选择大的前角和后角及小的刀尖角。为消除由于前后角的增大对刀刃强度的影响，可采用带倒棱的刃口形式达到锐中求固的目的。

但从减少切削振动来看，往往采用较小的后角，以增大刀具后面与工件的接触面积。限制振动的振幅，达到消振的目的。尤其当对薄壁筒零件进行车削加工时，在刀具的主、付刀面上，用油石劈出后角等于零到负五度的消振棱。有助于消除由于零件刚度小而产生的低频振动。

为减小由于刀具的推挤作用产生的加工误差。应采用大的主偏角（φ=75°～90°），使切削力的分布有利于防止零件受力变形，减小切削振动。为不使刀口强度过多的削弱，可在刀尖处做出局部的小主偏角φ，形成圆弧或直线的过渡刃。

刃倾角的作用主要是控制住刀刃强度和排屑方向。针对薄壁零件刚度小，切削力不大的情况，一般刃倾角取负值（刀尖高），既可以保护已加工表面不被流屑擦伤，又可降低切削分力Py引起的振动。

参考文献

[1] 仪器制造工艺学 ——————————————北京工学院

[2] 金属切削加工基本原理和机床（美）布斯罗伊德———— 山东科技出版社

浅谈薄壁套零件的加工 篇5

1 基本情况介绍

该薄壁套零件, 材料为45# 钢, 壁厚最薄2mm, 薄壁套最大直径为 Ф70mm, 内孔粗糙度为0.8, 同时内孔精度要求在0.021mm内;外圆要求在0.021mm内, 且精度要求较高, 零件左端面有端面圆弧, 其形状及尺寸如图一所示:

2 薄壁零件的工艺分析

2.1 工艺难点

影响该薄壁零件加工精度的主要因素主要有三方面的问题

(1) 易受力变形薄壁零件不易装夹, 工件壁薄, 在较大的夹紧力下, 容易产生夹紧变形。

(2) 易受热变形因工件壁薄, 过大的切削热会使工件产生热变形, 不易保证工件精度要求。

(3) 易振动变形在高速切削过程中, 工件易产生振动, 从而影响工件的形位精度和表面粗糙度。

2.2 工艺方案过程

零件初始的工艺方案为:

(1) 夹持毛坯料, 钻孔, 内外交叉车削薄壁内外圆和 Ф80 外圆保证精度。 (2) 对零件切断, 为保证总长, 长度提前预留1mm 。 (3) 为保证薄壁零件的形位精度, 我们采用扇形软爪和开缝套筒对薄壁进行装夹。 (4) 零件调头, 切削端面保证总长。 (5) 切削端面圆弧。

通过这种方案加工出的工件经过三坐标测量机的检测, 零件薄壁外圆和内孔的圆度已经发生变化, 为了保证工件的形位公差, 我们变径向装夹为轴向装夹。

零件改后的方案为:

(1) 对零件薄壁进行粗精车

选用 Ф24 的钻头钻深度为80 的孔, 用内孔刀粗车内孔留精加工余量, 对于 Ф30 的端面孔可以直接用 Ф24 钻头钻孔, 留余量为轴向装夹定位时使用。用外圆车刀粗车 Ф70、Ф80 外圆, 留精加工余量, 之后分别对零件内孔和外圆进行精车, 保证零件的尺寸精度, 交叉车削最大限度的减少了零件的受力变形。

(2) 切断零件并留余量

选用4mm的切断刀切断零件, 并留有1~2mm的余量, 以保证总长, 切断时的转速和进给都不宜过高。

(3) 采用专用夹具对零件进行装夹

薄壁类零件, 刚性很差, 采用软爪装夹和开缝套筒也会对工件造成夹紧变形, 为此我们设计一心轴来固定零件, 极大的减小了零件的径向变形 (此心轴为螺纹配合) , 如 (图二) 所示。将零件固定在夹具上, 用外圆刀切削工件端面, 保证总长。

(4) 用左偏刀车削端面圆弧

将左偏刀横装在刀架上, 刀尖对准工件端面, 由外向里车削端面圆弧, 进给速度不宜过快。

(5) 用端面槽刀对零件进行最终切断

零件在加工过程中, 用螺栓加垫片紧固 Ф24 孔端面来固定零件, 图中端面孔的尺寸应为 Ф30, 选用3mm的端面槽刀, 对零件进行切断, 转速进给不宜过高。

2.3 刀具的选择

在零件的加工过成中刀具材料和车刀角度的合理选择对生产效率和工件表面粗糙对有很大影响, 所以正确选择刀具材料和刀具角度是加工中关键的问题

2.3.1 刀具材料要求

(1) 高的硬度; (2) 足够的强度和韧性; (3) 高的耐磨性和红硬性; (4) 良好的导热性; (5) 良好的工艺性; (6) 良好的抗粘结性和化学稳定性。

2.3.2 刀具几何角度选择要求

(1) 考虑工件的具体情况, 如毛坯是锻造件还是铸造件, 毛坯料的材质等。 (2) 考虑刀具的材料和结构, 如高速钢、硬质合金或陶瓷等, 整体的机夹方式。 (3) 注意几何间的参数关系, 如选择前角时应考虑断屑槽的形状, 刃倾角的正负等。 (4) 了解具体的加工情况, 如机床, 夹具等。 (5) 正确处理刀具的锋锐性与强度, 耐磨性之间的关系。

精加工刀具角度的合理选择:

外圆精车刀Kr=90°~93°, Kr’=15°α0=14°~16°, α01=15°, γ0 适当增大。

内孔精车刀Kr=60°, Kr’=30°, γ0=35°, α0=14°~16°, α01=6°~8°, λs=5°~6°。

2.4 加工路线的优化

为使薄壁零件在加工过程中的变形对精度的影响减到最小, 普通的车削很难保证零件的精度, 应对零件进行内外交叉进行车削。

(1) 先用 Φ24 的钻头进行钻底孔。再选用 Φ30 的钻头进行扩孔, 扩孔的深度大约有70mm左右, 用钻头进行钻孔可代替车刀的车削, 效率比车削快。 (2) 粗车 Φ66 的内孔, 留0.5 的余量。 (3) 粗车 Φ70 的外圆, 留0.5 的余量。 (4) 精加工薄壁内外轮廓, 保证精度。 (5) 用4mm的切断刀把工件切断, 留1~2mm的余量, 以保证总长。 (6) 用专用夹具固定零件, 切削端面保证总长, 左偏刀切削零件左端圆弧部分。 (7) 用端面槽刀把工件切断。

3 总结

通过以上分析, 对于薄壁零件的加工方法可归纳如下:

(1) 粗、精加工分开。合理的工序安排减弱了因装夹和热变形对工件质量的影响, 机床也得到合理的使用。 (2) 粗、精加工之间增加去应力工序, 以最大限度地消除工件内部的应力。去应力后的工件在随后的精加工中能够较好的保证零件的形状和尺寸精度。 (3) 精加工余量。合适的加工余量既能保持工件本身较好的基本强度, 同时能保持切削时的散热与排屑。 (4) 装夹方式。合适的装夹方式, 提高了加工效率, 节省了加工时间。

4 结束语

在数控加工中经常会碰到一些薄壁零件, 本文对薄壁套零件加工的工艺特点、防止变形的工艺方法、车刀的几何角度及路线优化进行了简单的分析和阐述, 为今后更好的加工薄壁零件提供了经验积累。

参考文献

[1]《机械工程手册》之《机械制造工艺及设备》 (一) 卷[M].机械工业出版社, 1996.

[2]《航空制造工程》之计算机辅助制造工程分册[M].航空工业出版社, 1995.

[3]王启平主编.机械制造工艺学[M].哈尔滨工业大学出版社, 1990.

[4]刘立.数控车床编程与操作[M].北京理工大学出版社, 2006.8.

[5]车工.职业技能鉴定教材编审委员会[M].中国劳动出版社, 2004.7.

薄壁类零件车削加工的优化设计 篇6

1 薄壁零件加工分析

车削薄壁零件的主要问题是壁薄和易变形, 而产生变形的主要因素是切削力、夹紧力、切削热和残余应力。主要体现在以下几个方面。

(1) 切削过程中受车削挤压与牵引导致工件变形。

(2) 由于薄壁零件刚性低, 在切削过程中易产生振动和变形。

(3) 薄壁类零件体积小, 总的热容量小, 温度容易升高和变形。

(4) 当每切除一层金属层时, 由于应力释放, 而引起变形。

(5) 装夹时由于径向夹紧力的作用, 从而引起变形。

(6) 相对位置调整不准, 产生壁厚不均, 引起工件几何形状变化或变形。

(7) 刀具选用不当影响零件的精度和表面粗糙度, 造成零件变形。

(8) 其他因素引起变形, 如机床振动等。

2 解决方法或技巧

薄壁零件在车削加工过程中, 主要是受到切削力、夹紧力、切削热和残余应力等因素影响而极易产生变形, 所以其难点就是如何防止和减小工件的变形, 可以通过以下几种方法有效改善加工变形。

2.1 优化装夹方案

薄壁工件在装夹中的位置受夹紧力的影响会使工件相对于刀具的位置发生改变。如用普通三爪自定心卡盘装夹时, 由于夹紧力的作用零件会发生变形 (变成三角形) , 导致内孔加工余量出现不均匀;当内孔加工完成后, 松开卡盘, 零件由于弹性恢复, 恢复为圆柱形, 而已加工的圆形内孔会变成弧形或三角形, 从而产生很大的变形而无法保证加工精度。如图1所示。

据了解, 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。

(1) 采用扇形软卡爪装夹。

采用扇形软卡爪装夹薄壁工件, 可以增大装夹时夹持接触面积, 使夹紧力均匀分布在工件夹紧面上, 有效减少薄壁套夹紧变形。

(2) 采用芯轴装夹。

芯轴装夹是将工件变形的轴向夹紧力改为径向夹紧力, 且径向夹紧力由内向外分布, 防止装夹变形。

(3) 采用开口套装夹。

用开口套将三爪卡盘的三点夹紧改变为整圆抱紧, 三爪卡盘夹持开口套使其变形并均匀地抱紧薄壁工件后再车削内孔。夹持开口夹套时要使开口在两夹爪的中间位置。

(4) 采用真空吸附夹具。

薄壁零件有些壁厚很薄, 用卡爪夹持的方法, 不能控制其变形, 这个时候可以采用真空吸附夹具来进行夹持, 不过要求薄壁零件本身没有通孔。

2.2 选择合理的刀具几何参数, 减小工件变形

刀具不管是钝还是锋利, 都会造成工作变形。减小切削时的吃刀力将大大减少工件变形, 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。实践证明, 最合理的刀具角度是:采用R型圈屑槽, 主前角为了250~300, 主后角为60~100, 主偏角为910~930, 副偏角为60~80, 刃倾角为00~30。

2.3 选择合理的切削方向, 减小工件变形

刀具横向夹紧在刀架上, 刀尖去除毛刺即可, 刀具由中心向外切削。此种切削方向比较合理, 会减小工件变形。

2.4 选择合理的切削用量, 有效避免薄壁工件变形

粗加工时, 背吃刀量和进给量可以大些;精车时, 切削速度为65 m/min以下, 走刀量为0.05~0.07 mm/r, 背吃刀量为0.05 5~0.0 7 5 mm, 这样能消除切削过程中刀具引起的振动, 有效地避免薄壁工件变形。

2.5 释放变形应力, 保证工件质量

薄壁零件的车削一般应把粗车和精车加工分开进行。粗车过后, 增加半精车, 并在半精车后加热进行退火处理, 可减小其内应力, 并释放内力, 减小工件变形, 保证工件质量。在精车前松动一次夹紧, 或调整一下工件位置后再夹紧, 可以减小外应力, 改善薄壁工件变形, 从而保证工件质量。

2.6 选择合理的切削液, 防止工件变形

选择比热容大、黏度小、流动性好的切削液, 如选择柴油为冷却润滑液, 既能降低工件的表面粗糙度, 同时又能吸收大量的热量, 降低切削温度, 防止工件变形。

2.7 合理选择刀具, 提高工件质量

精车薄壁零件孔时, 刀具刃口要锋利刀杆的刚度要高, 修光刃不宜过长, 否则会影响工件表面粗糙度。车削高强度材料的薄壁时, 一定要注意刀具逐渐磨损而使工件孔径出现锥度, 影响工件精度。

2.8 改进机床, 减小夹紧力, 减少工件变形

利用变频器对机床电路进行改进, 使机床实现慢启动, 这样薄壁零件可在很小的夹紧力下夹持, 防止薄壁零件在加工过程中变形。

3 结语

薄壁类零件在机电类产品中应用越来越多, 对产品的质量要求也越来越高, 通过对上面的方法分析和技巧讨论, 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, 解决了行业中的棘手问题。

参考文献

[1]王建中, 陈陆帮.薄壁类零件车削加工工艺方法[J].新技术新工艺, 2010 (11) :26-27.

[2]雷奋红.浅析薄壁零件加工装夹方法及车削加工技巧[J].万方数据.

[3]实用车削操作技巧450[M].化学工业出版社.

[4]吕凤环.薄壁零件的车削加工[J].现代制造技术与装备.2012 (2) 36-38.

[5]袁哲俊.金属切削刀具[M].上海科学出版社.

浅析如何提高薄壁零件的加工质量 篇7

关键词：薄壁零件,加工质量,工艺

1 传统工艺

薄壁零件在加工上相对比其他的零件要困难, 因而其生产工艺的发展受到了限制, 但是经过技术人员的研究努力, 想要提高薄壁零件的精度还是有可能的。针对一些精度要求高的零件, 传统的制作方式主要采用车铣刨磨四种加工方式, 虽然生产效率并不能达到最佳状态, 但是仍旧为各行各业的零件生产源源不断的提供零件。一直以来对影响薄壁零件加工精度的因素进行很多的分析, 不断有工艺措施得到了实施和完善, 从而确保了零件的加工质量。

1.1 精度的影响因素

工件的加工精度主要指零件的实际形状、尺寸以及表面位置等参数是否同实际设计的参数要求相一致。其中会对加工精度有所影响的条件有:毛坯的刚性;半成品或者毛坯在形状上存在问题;切削力作用影响;加工设备刚性差;加工过程中受到热能影响, 使得零件出现了形位误差;切削振动;加工后零件中的残余应力;由于零件中存有残余应力, 因而在进行运送、存储以及装配和调试时受到外界环境影响而发生形变。

1.2 工艺控制

1.2.1 工艺路线的选择

在薄壁零件的加工过程中应当重点对工艺进行分析, 并针对加工过程中薄壁零件的变形规律进行研究, 从这两方面进行切入, 着重对加工过程中如何保证工件质量防止变形展开分析, 确保零件的加工质量能够达到设计标准。主要的加工阶段包括以下几步:首先准备毛坯, 其次进入粗加工阶段, 最后进行进一步的精加工。而在粗加工和精加工之间可以通过适当的半精加工对工件进行处理, 主要目的是为了消除加工过程中所产生的切削力以及夹紧应力, 适当的半精加工也能够有效消除另加自身的残余应力。通过中处理方式不但可以暴增零件的精度, 另一方面也可以保证零件在进行装配和调试过程中可以保证稳定性。合理的工艺路线在薄壁零件建工中具有重要的价值, 通过对加工方法以及流程合理科学的改进能够进一步提高工件质量。

1.2.2 提升刚度

薄壁零件由于其自身的材料以及工艺要求, 就决定了其自身的刚度会相对较差, 因此通过对薄壁零件刚度继续提高可以有效的消除加工过程中由于加工动作对工件精度的影响, 同时也可以消除加工振动, 这是提高工件质量以及精度标准的关键。从一般角度进行分析, 零件在完成设计后, 刚度不会再发生改变, 除非遇到特殊处理吗, 因而在结构刚度提升方面具有一定的困难。通过对薄壁零件进行位置确定, 对夹紧方式进行确定, 并对切削用量以及切削方法进行控制, 从而提升零件刚度。最后, 适当的增加工件的壁厚可以有效增加刚度。所以在加工过程中可以通过浇灌以及胶粘的方式增加零件的刚性以及对零件进行加固。

1.2.3 适当的装夹

对零件进行装夹可以从夹紧和定位两方面进行分析。定位使得零件稳定的处在某一个状态, 通过三点定位的方式将零件固定在某一平面中。夹紧力一般都作用在定位点上, 因而要求零件在这一点具有适当的刚性和强度。定位点越小, 在加工过程中, 零件的精度就越高, 但是考虑到夹紧力问题, 则接触面越大越有利。如何才能够既获得最大摩擦力又能够减少接触面积, 是装夹环节的技术重点。零件的精密加工过程中, 夹紧机构可以对夹紧力进行调整, 确保切削力可以最小。所以影响对夹紧机构以及刀具的施力情况进行分析, 对变形力大小和作用力的方向进行预估。

1.2.4 切削力要适中

刀具在切削过程中会受到外界的作用力, 即切削力, 这种切削力往往并非是由一个力构成, 而是由多个分力共同构成的空间合力, 而在零件加工的过程中, 切削力是造成零件变形以及工件振动的主要因素。切削力大小会受到以下因素的影响:刀具形状、工件硬度以及切削用量和切削过程中所使用的冷却润滑液。

2 数控补偿加工

在目前加工系统中, 典型的数控加工过程分为3个阶段: (1) 离线零件编程 (加工前) : (2) 在线加工和监控 (加工中) : (3) 检验处理 (加工后) 。解决复杂薄壁零件高效精密数控加工关键技术主要涉及以下2个方面:一是五坐标NC编程与防干涉技术。包括通道分析、通道加工对接域确定、最佳刀轴矢量确定、刀轴矢量光顺以及刀位轨迹生成和验证等。二是切削过程物理仿真与变形误差补偿技术。包括高速切削机理研究、切削力建模、残余应力预测以及切削路径和参数优化等。

3 振动切削加工

振动切削是一种新型的非传统加工的特种切削加工方法, 按振动频率可分为低频振动切削 (20~150Hz) 和超声振动切削 (15~35k Hz) 。它是给刀具 (或工件) 以适当的方向、一定的频率和振幅的振动, 以改善其切削功效的脉冲切削方法。另外, 与传统切削相比, 超声振动切削的小切削力、低切削温度更适用于薄壁零件的精密加工, 能有效地提高薄壁工件的加工精度和表面质量。

4 高速切削加工

对于不同的工件材料, 存在一个切削速度范围, 在这个范围中, 由于切削温度过高, 刀具材料无法承受而不能进行加工, 故该速度区域被称为“死区”。当切削速度超过“死区”以后, 随着切削速度的增大切削力会下降, 切削温度也会降低。近20年来由于工业发达国家的大量投入, 高速切削加工技术及装备均取得了突破性进展。目前高速切削技术已在航空航天、汽车工业、模具加工等行业得到广泛应用。

5 结束语

我国在零件加工行业大多还是沿用传统的加工方式, 虽然也引进了世界先进的加工方法, 例如超声振动切削以及高速切削, 但是由于研究时间较短, 因而技术水平相对较低, 尤其在薄壁零件领域技术仍旧落后, 正是由于对加工机理的研究较少, 因而高速切削技术的发展时间相对较短。所以, 我们应当积极的探讨世界零件加工行业先进的成型工艺以及加工技术, 这对于我国薄壁零件的加工水平的提高有着促进作用, 同时能够大大缩短我国的加工行业同国际水平之间的差距, 具有重要的价值和意义。

参考文献

[1]徐可伟, 陈斌, 朱训生, 等.薄壁零件的超声振动精密切削研究[J].航空精密制造技术, 2001 (04) .

[2]孔金星.低刚度薄壁零件的精密加工[J].工具技术, 2003 (12) .

薄壁零件的加工方案 篇8

薄壁类零件由于重量轻、结构紧凑, 在航空航天、船舶工业等众多领域得到广泛应用。但由于薄壁零件的刚性较差, 加工过程中易造成变形, 进而影响零件加工质量。因此, 如何解决薄壁零件的加工变形成为机械工业关注的热点问题。随着加工制造技术的进步, 薄壁零件的加工技术目前有了进一步提升。在实际的生产加工过程中, 引起薄壁零件变形的情况各有不同, 只有视具体情形采取相应措施才能有效减少加工变形的产生。

1 薄壁零件加工变形

1.1 加工零件

回转窑的筒体段节是一个典型的薄壁类零件, 如图1所示。该零件是大型的薄壁零件, 序号1是筒体, 直径4300mm, 壁厚20mm, 序号2为圆周分布的24块垫板, 其厚度10mm, 垫板要求进行精加工。

1.2 零件的加工

该零件最大特点是工件壁薄、刚性较差、易变形。所选取加工原料为厚度20mm的钢板卷制内径4300mm的筒体并焊接, 完成后要求进行圆度校核, 使整体保持圆形。由于筒体没有尺寸精度要求, 故筒体不需要进行加工。

原材料选取和制备完成后, 在装夹时应注意夹具夹紧点的选择, 选择不当就会产生附加应力。零件在夹紧时会使零件产生塑性变形, 对零件尺寸精度和位置精度产生一定影响。因此, 装夹时一定要有相应的定位设计, 以减小工件变形、确保加工质量不受影响。由于该零件较大, 可采用软爪在零件底面定位的方式。为增加零件的整体刚性, 加工前先在筒体内腔增设加强筋, 选择长度4300mm、规格200mm×75mm×9mm的槽钢两根, 十字排列点焊在筒体内侧。根据计算可知垫板精加工后的厚度为10mm, 因此, 选取12mm厚的钢板焊接, 焊接前先在筒体上划线, 目的是使24块垫板均匀分布。

该零件的壁厚较薄, 加工过程中切削产生的切削热也会引起工件热变形。另外, 由于刀具和工件表面之间的摩擦而产生的摩擦热, 也易引起工件表面形成残余应力。在车削加工过程中, 为及时释放加工应力, 可以在加工完一个工序后松动软爪, 让零件充分释放加工应力, 然后再定位加工。

该零件在加工时采取垂直进刀方式, 沿圆周方向由上而下加工。因此, 零件会受到径向力作用, 局部很容易产生机械振动使工件表面发生弹性变形, 进而对零件的尺寸精度、位置精度和表面精度产生影响。切削加工时进给量选择过大也会引起工件的局部变形, 无论是粗加工还是精加工, 切削量和切削速度的选择一定要合理。另外需要注意的是, 在粗加工后不能立即对工件进行精加工。由于粗加工过程会对工件表面产生残余内应力, 必须在精加工前把该应力释放, 否则会引起工件变形加剧, 严重影响工件加工质量。本零件采用数控车床加工, 采用高速切削、小进给量、多次加工的方式, 直到最大外径4360mm满足精度要求。

2 薄壁类零件加工工艺方法

该零件是薄壁零件的典型代表, 其加工工艺对其他薄壁零件具有一定的借鉴意义。为此, 需注意以下6点, 以防零件加工变形, 保证加工件达到预期目标。

(1) 利用薄壁零件的整体刚性进行加工。薄壁零件本身由于壁厚较薄容易引起变形, 再加上在加工过程中的壁厚逐渐减小势必会造成零件整体刚性的下降, 后果当然是加剧零件的变形。所以, 在薄壁零件的加工过程中, 尽量多利用零件的整体或未加工的部分为正在进行加工的部分做定位支撑, 始终使加工过程处于较大的刚性状态。

(2) 增设支撑件。薄壁类零件在加工过程中, 由于受到夹具或刀具的挤压容易引起加工变形。为解决这种因挤压而带来的加工变形, 一般可以在薄壁件的腔内增加支撑件, 增加零件整体的刚性。

(3) 合理确定刀具的进刀方式。薄壁类零件本身刚性较弱, 在加工时如受到外力的干扰很容易发生变形。在加工进刀时, 刀具对零件表面产生的挤压力会使工件表面发生弹性变形。垂直进刀时, 刀具会对腹板产生向下的挤压力, 使腹板发生向下弯曲变形;水平进刀时, 刀具会对工件的内壁产生挤压力, 同样会使薄壁工件发生变形。因此, 在选择进刀方式时, 一定要综合考虑工件的结构特点, 通过优化工艺设计以求最大限度降低加工变形量的产生。

(4) 采用高速切削加工。在加工技术日益成熟的今天, 多工序高度集中的加工方式可以在加工过程中大幅度降低由于人为因素而产生的加工误差, 这种方式也对防控薄壁零件的加工变形起到很大促进作用。通常在加工精度要求较高的薄壁零件时会采用数控高速切削的方式, 它是一种采用小进给量、多次加工、高速切削的加工方法。这种方法可以使切削热在刀具的高速转动下被及时带走, 有效减少工件表面应力的产生, 使工件表面始终保持恒温状态, 有效降低工件的加工变形。

(5) 增加热处理环节。加工过程中产生的应力如果得不到及时释放则很容易使薄壁零件发生加工变形。为最大幅度地减少应力的存在, 通常在工件粗加工后需要进行退火处理。典型的薄壁零件加工流程应该是:粗加工→退火处理→精加工。对于加工精度要求较高、极易发生变形的薄壁零件, 还要进行半精加工, 必要时还可以反复多次进行热处理。

(6) 优化工件定位方式。防止薄壁零件加工变形的方法除了优化加工工艺外, 还要优化工件的定位方式, 最大幅度减少工件因外力作用而发生的变形。通常所用的定位方式有心轴、软爪、通用压板和真空吸盘定位。选择哪种定位方式要视零件结构特点而定, 一般对外圆的加工宜选择心轴定位;对内壁的加工宜选择通用压板定位;对精度要求高且体积较大的零件选择软爪定位;对生产批量大、精度要求高的零件选择真空吸盘定位。

3 结束语

本文对防控薄壁零件变形的方法进行了分析, 并结合实际零件加工工艺对防控变形的方法进行了论述。在实际生产中, 只有根据零件的具体结构特点, 设计合理的加工工艺路线、选择合适的刀具、确定合理的切削速度才能真正解决薄壁零件的加工变形。

参考文献

[1]张耀宸.机械加工工艺设计实用手册[M].北京:航空工业出版社, 1993.

[2]陈德兰.控制薄壁零件变形的工艺措施[J].装备制造技术, 2010, (6) .

数控车薄壁半球类零件夹具及加工 篇9

关键词：数控车床 薄壁半球零件 工艺流程 夹具

笔者所在学校接到来自东莞某厂的加工产品，零件的形状如图1所示。该产品用于气瓶的上下两个半球零件，由一壁厚2.6mm，半径R47mm薄壁半球和顶部是一个短圆柱体所组成，上下两个半球相同。

一、难度分析及工艺流程分析

从外形来看，零件属于回转体薄壁零件，因此我们考虑采用铸造成型后，经车削精加工完成。其加工特点，一是壁薄，在加工的时候容易受夹紧力的影响产生变形，因此需要制作新的夹具用以装夹工件；二是内腔尺寸较难控制；三是圆柱段较短，难以装夹。

图1 工件图

经过生产和工艺流程的改进，最终确定了以下工艺流程：①下料阶段，不是选用传统的棒料，而是选用与零件外形较为接近的铸件，同时在铸件的后部圆柱体上留有余量，起到工艺块的作用。②用数控车加工将内腔半径加工到位。③用数控车加工头部短圆柱。④用数控车加工外球尺寸，以确保壁厚为2.6mm。⑤用数控车加工车去工艺块，零件最终成形。

二、夹具设计

为了达到加工要求，我们设计了两套夹具。

1.首先设计夹具1车外球面

此夹具的功能要求：一是提供内腔定位功能以便于加工定位，二是提供与车床连接功能，三是提供稳定的预紧力。因此设计如图2所示的夹具1。

图2夹具结构说明：

一是件1为夹具体的主体，左边是一直径为φ50mm圆柱体，通过夹具上的圆柱体与卡盘夹紧，中间是一R为44.4mm半圆球与零件内腔逼紧定位，右边为一直径为φ38mm短圆柱体，里面有一内孔，并且有一直径为φ22mm内螺纹。

二是用件3螺母将零件与夹具锁紧，以此加工外圆。在这套工艺装配中，（图2）对外球面的精加工程序，是由零件内腔精加工后程序反向加工而成的。通过此步加工，即可进行如图3所示的半成品零件加工。

2.设计夹具2车去工艺块

此时，工件加工的目的是车去工艺块，需要把工件右边的工艺块去掉，以形成成品，但由于工件本身不好装夹，因此我们设计如图3所示的夹具2，以进行工艺块的去除。

图3

件1.上盖 件2.底座 件3.半成品

图3夹具结构说明：

当零件加工到这一步时，车去工艺块，就十分重要。

一是上盖（件1）。它的作用是通过件2的内球面与零件的外球面压紧结合起到定位作用；

二是底座（件2）。它通过螺纹与上盖连接，同时起到调节的作用，使底座的大平面将零件压紧在上盖中；

此工艺装配与前一套工艺装配一样，它的定位原理也与前一套工装相似。但在加工上盖的内球面时，也需要将加工零件外球面的程序作为参考，经过调试再予以应用。

三、实际操作

切削用量及走刀路线选择：

一是将铸件达到如图1所示的毛坯件尺寸。

二是用数控车装夹加工，将内腔半径加工到位，机床转速调为800r/min，进给速度调到120mm/min。

三是用数控车装夹加工，将头部短圆柱加工完成，机床转速调为800r/min，进给速度调到120mm/min。

四是用数控车加工外球尺寸，用夹具1装夹工件，以内圆作为定位基准加工外圆尺寸以确保壁厚为2.6mm，机床转速调为800r/min，进给速度调到120mm/min。

五是用数控车去除工艺块，用夹具2装夹工件，去除工艺块，机床转速调为600r/min，进给速度调到30mm/min。

四、小结

加工该薄壁半球零件，首先必须分析其重要的和关键的尺寸是什么，其次是设计适合的夹具完成加工。这样，在加工同类零件时可减少不必要的重复工作，提高生产效率。通过对零件的加工，证实了夹具设计、刀具及切削用量选用合理，减少了装夹校正的时间，提高了生产效率，保证了加工零件的质量。

参考文献：

[1]全国数控培训网络天津分中心.数控编程[M].北京：机械工业出版社，1997.

[2]唐应谦.数控加工工艺学[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2000.

[3]《数控加工技师手册》编委会.数控加工技师手册[M].北京：机械工业出版社，2005.

[4]白成轩.机床夹具设计新原理[M].北京：机械工业出版社，1997.

（作者单位：广东省机械高级技工学校）endprint

摘 要：本文通过对薄壁半球零件的加工，对该零件在数控加工时所需的工艺流程的安排、夹具的设计、刀具的选用以及数控程序的编制做了阐述。并介绍了以此零件为基础，加工其他类似半球类零件的情况。

关键词：数控车床 薄壁半球零件 工艺流程 夹具

笔者所在学校接到来自东莞某厂的加工产品，零件的形状如图1所示。该产品用于气瓶的上下两个半球零件，由一壁厚2.6mm，半径R47mm薄壁半球和顶部是一个短圆柱体所组成，上下两个半球相同。

一、难度分析及工艺流程分析

从外形来看，零件属于回转体薄壁零件，因此我们考虑采用铸造成型后，经车削精加工完成。其加工特点，一是壁薄，在加工的时候容易受夹紧力的影响产生变形，因此需要制作新的夹具用以装夹工件；二是内腔尺寸较难控制；三是圆柱段较短，难以装夹。

图1 工件图

经过生产和工艺流程的改进，最终确定了以下工艺流程：①下料阶段，不是选用传统的棒料，而是选用与零件外形较为接近的铸件，同时在铸件的后部圆柱体上留有余量，起到工艺块的作用。②用数控车加工将内腔半径加工到位。③用数控车加工头部短圆柱。④用数控车加工外球尺寸，以确保壁厚为2.6mm。⑤用数控车加工车去工艺块，零件最终成形。

二、夹具设计

为了达到加工要求，我们设计了两套夹具。

1.首先设计夹具1车外球面

此夹具的功能要求：一是提供内腔定位功能以便于加工定位，二是提供与车床连接功能，三是提供稳定的预紧力。因此设计如图2所示的夹具1。

图2夹具结构说明：

一是件1为夹具体的主体，左边是一直径为φ50mm圆柱体，通过夹具上的圆柱体与卡盘夹紧，中间是一R为44.4mm半圆球与零件内腔逼紧定位，右边为一直径为φ38mm短圆柱体，里面有一内孔，并且有一直径为φ22mm内螺纹。

二是用件3螺母将零件与夹具锁紧，以此加工外圆。在这套工艺装配中，（图2）对外球面的精加工程序，是由零件内腔精加工后程序反向加工而成的。通过此步加工，即可进行如图3所示的半成品零件加工。

2.设计夹具2车去工艺块

此时，工件加工的目的是车去工艺块，需要把工件右边的工艺块去掉，以形成成品，但由于工件本身不好装夹，因此我们设计如图3所示的夹具2，以进行工艺块的去除。

图3

件1.上盖 件2.底座 件3.半成品

图3夹具结构说明：

当零件加工到这一步时，车去工艺块，就十分重要。

一是上盖（件1）。它的作用是通过件2的内球面与零件的外球面压紧结合起到定位作用；

二是底座（件2）。它通过螺纹与上盖连接，同时起到调节的作用，使底座的大平面将零件压紧在上盖中；

此工艺装配与前一套工艺装配一样，它的定位原理也与前一套工装相似。但在加工上盖的内球面时，也需要将加工零件外球面的程序作为参考，经过调试再予以应用。

三、实际操作

切削用量及走刀路线选择：

一是将铸件达到如图1所示的毛坯件尺寸。

二是用数控车装夹加工，将内腔半径加工到位，机床转速调为800r/min，进给速度调到120mm/min。

三是用数控车装夹加工，将头部短圆柱加工完成，机床转速调为800r/min，进给速度调到120mm/min。

四是用数控车加工外球尺寸，用夹具1装夹工件，以内圆作为定位基准加工外圆尺寸以确保壁厚为2.6mm，机床转速调为800r/min，进给速度调到120mm/min。

五是用数控车去除工艺块，用夹具2装夹工件，去除工艺块，机床转速调为600r/min，进给速度调到30mm/min。

四、小结

加工该薄壁半球零件，首先必须分析其重要的和关键的尺寸是什么，其次是设计适合的夹具完成加工。这样，在加工同类零件时可减少不必要的重复工作，提高生产效率。通过对零件的加工，证实了夹具设计、刀具及切削用量选用合理，减少了装夹校正的时间，提高了生产效率，保证了加工零件的质量。

参考文献：

[1]全国数控培训网络天津分中心.数控编程[M].北京：机械工业出版社，1997.

[2]唐应谦.数控加工工艺学[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2000.

[3]《数控加工技师手册》编委会.数控加工技师手册[M].北京：机械工业出版社，2005.

[4]白成轩.机床夹具设计新原理[M].北京：机械工业出版社，1997.

（作者单位：广东省机械高级技工学校）endprint

摘 要：本文通过对薄壁半球零件的加工，对该零件在数控加工时所需的工艺流程的安排、夹具的设计、刀具的选用以及数控程序的编制做了阐述。并介绍了以此零件为基础，加工其他类似半球类零件的情况。

关键词：数控车床 薄壁半球零件 工艺流程 夹具

笔者所在学校接到来自东莞某厂的加工产品，零件的形状如图1所示。该产品用于气瓶的上下两个半球零件，由一壁厚2.6mm，半径R47mm薄壁半球和顶部是一个短圆柱体所组成，上下两个半球相同。

一、难度分析及工艺流程分析

从外形来看，零件属于回转体薄壁零件，因此我们考虑采用铸造成型后，经车削精加工完成。其加工特点，一是壁薄，在加工的时候容易受夹紧力的影响产生变形，因此需要制作新的夹具用以装夹工件；二是内腔尺寸较难控制；三是圆柱段较短，难以装夹。

图1 工件图

经过生产和工艺流程的改进，最终确定了以下工艺流程：①下料阶段，不是选用传统的棒料，而是选用与零件外形较为接近的铸件，同时在铸件的后部圆柱体上留有余量，起到工艺块的作用。②用数控车加工将内腔半径加工到位。③用数控车加工头部短圆柱。④用数控车加工外球尺寸，以确保壁厚为2.6mm。⑤用数控车加工车去工艺块，零件最终成形。

二、夹具设计

为了达到加工要求，我们设计了两套夹具。

1.首先设计夹具1车外球面

此夹具的功能要求：一是提供内腔定位功能以便于加工定位，二是提供与车床连接功能，三是提供稳定的预紧力。因此设计如图2所示的夹具1。

图2夹具结构说明：

一是件1为夹具体的主体，左边是一直径为φ50mm圆柱体，通过夹具上的圆柱体与卡盘夹紧，中间是一R为44.4mm半圆球与零件内腔逼紧定位，右边为一直径为φ38mm短圆柱体，里面有一内孔，并且有一直径为φ22mm内螺纹。

二是用件3螺母将零件与夹具锁紧，以此加工外圆。在这套工艺装配中，（图2）对外球面的精加工程序，是由零件内腔精加工后程序反向加工而成的。通过此步加工，即可进行如图3所示的半成品零件加工。

2.设计夹具2车去工艺块

此时，工件加工的目的是车去工艺块，需要把工件右边的工艺块去掉，以形成成品，但由于工件本身不好装夹，因此我们设计如图3所示的夹具2，以进行工艺块的去除。

图3

件1.上盖 件2.底座 件3.半成品

图3夹具结构说明：

当零件加工到这一步时，车去工艺块，就十分重要。

一是上盖（件1）。它的作用是通过件2的内球面与零件的外球面压紧结合起到定位作用；

二是底座（件2）。它通过螺纹与上盖连接，同时起到调节的作用，使底座的大平面将零件压紧在上盖中；

此工艺装配与前一套工艺装配一样，它的定位原理也与前一套工装相似。但在加工上盖的内球面时，也需要将加工零件外球面的程序作为参考，经过调试再予以应用。

三、实际操作

切削用量及走刀路线选择：

一是将铸件达到如图1所示的毛坯件尺寸。

二是用数控车装夹加工，将内腔半径加工到位，机床转速调为800r/min，进给速度调到120mm/min。

三是用数控车装夹加工，将头部短圆柱加工完成，机床转速调为800r/min，进给速度调到120mm/min。

四是用数控车加工外球尺寸，用夹具1装夹工件，以内圆作为定位基准加工外圆尺寸以确保壁厚为2.6mm，机床转速调为800r/min，进给速度调到120mm/min。

五是用数控车去除工艺块，用夹具2装夹工件，去除工艺块，机床转速调为600r/min，进给速度调到30mm/min。

四、小结

加工该薄壁半球零件，首先必须分析其重要的和关键的尺寸是什么，其次是设计适合的夹具完成加工。这样，在加工同类零件时可减少不必要的重复工作，提高生产效率。通过对零件的加工，证实了夹具设计、刀具及切削用量选用合理，减少了装夹校正的时间，提高了生产效率，保证了加工零件的质量。

参考文献：

[1]全国数控培训网络天津分中心.数控编程[M].北京：机械工业出版社，1997.

[2]唐应谦.数控加工工艺学[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2000.

[3]《数控加工技师手册》编委会.数控加工技师手册[M].北京：机械工业出版社，2005.

[4]白成轩.机床夹具设计新原理[M].北京：机械工业出版社，1997.

薄壁零件加工工艺方法研究 篇10

关键词：复杂曲面,薄壁零件,加工工艺

1 问题的提出

众所周知, 导致薄壁件难加工的主要因素是变形与振动:变形包括因工件刚性差产生的变形、加工中因装夹力或切削力产生力矩引起的变形、热处理引起的变形等;而加工中产生的振动又极易引起零件的变形。两者互相影响, 共同作用, 使薄壁件的加工显得很困难。

我公司某新产品机头采用了双层分流结构, 该结构中的关键零件——隔套, 就是一个大型复杂曲面薄壁零件, 其形状结构特殊, 热处理变形及加工变形都很大, 而且图纸精度要求高。如果采用常规加工方法, 则尺寸及形位公差都难以保证。

零件简图如图1所示。

2 零件特点分析

零件左端壁厚10mm, 右端为内、外角度锥体, 内、外锥体高点处厚度约58mm, 锥体最右端为倒圆R1的尖角, 总长近850mm, 两端壁厚落差较大, 锥体结构复杂, 加工振动和变形, 以及热处理变形都会很大。

零件要求硬度≥500HV, 芯部硬度250~280HB, 渗氮层深0.4mm。

3 理论分析及解决方案

针对该零件薄壁及有复杂曲面的特征, 采用毛坯种类为锻件, 并在粗车后进行调质处理。采用毛坯锻件, 能使金属内部纤维组织按轴向排列, 分布致密均匀, 从而可获得较高的抗弯、抗拉、抗扭转强度。35Cr Mo是合金结构钢, 综合机械性能良好, 粗车后进行调质处理, 可以避免因锻坯表面脱碳、锈蚀、氧化皮等影响零件的淬透性和淬硬性, 起到调整机械性能、去除内应力、稳定组织的作用。经淬火后高温回火具有良好的综合力学性能, 具有较高的强度、较好的韧性和塑性。

针对零件各部分不同形状, 采用分步骤加工方法:粗车外圆及内孔→除应力→半精车外圆及内孔→时效处理→精车外圆及内孔留放磨量→粗外磨及内磨→低温时效→外磨及内磨→自然时效→精外磨及内磨→精车加工零件内外锥体部分。采用粗、精加工间隔进行, 最后进行精加工, 这样经过多次加工后, 逐渐减少零件的变形误差。同时对车削、内圆磨削、外圆磨削都提出了分多次进刀、每次进刀少余量切削的要求, 使加工后零件的精度达到稳定的状态。因为零件结构比较特殊, 左端为薄壁套, 右端为四段内、外锥体, 右端面处几乎为尖角, 所以加工时装夹困难、易发生变形。针对这一情况, 工艺采用了右端内、外锥体先作成直的内、外圆以利于装夹, 最后再加工成形。左端薄壁套处装夹时, 利用工装夹具克服夹紧力造成的变形。车削过程中, 车床使用精密刚性数控机床CK6163, 振动小。粗车时, 零件右端内外锥体部分均车为直外圆及直孔, 方便后道工序装夹。半精车时, 车出外锥体α角部分留精车量, 另一部分仍保持直外圆。β、θ角内锥体部分留精车量。该过程中, 因零件壁薄、自身重量大, 三爪直接夹持会产生较大装夹变形。工艺采用内孔用垫套垫实、外圆装开槽弹性夹套后, 再用三爪夹持的方法, 使零件不被夹扁。半精车时, 头架转速在70~90r/min之间, 每次进刀量0.2~0.3mm;精车时, 头架转速在50~60r/min之间, 每次进刀量0.1~0.15mm。在加工中, 要求多次进刀, 并适当调整夹紧力的方法辅助。在最终的精加工前适当放松夹具后再夹紧零件, 使加工应力充分释放。

零件装夹示意图如图2所示。

外磨工序中, 设备为M1450B万能外圆磨床。采用外磨心轴装夹工件, 以半精车过的内孔作为定位基准, 半精车过的θ角内锥体部分顶紧后, 两顶尖顶起外磨心轴, 磨削准355外圆。内磨工序中, 因零件外圆尺寸已超出磨床中心架装夹范围, 故采用组合夹具V型支撑已磨过的外圆, 带动板带动零件旋转后磨削内孔, 保证尺寸及形位公差。磨削过程分粗、精磨, 精磨时要求多次进刀, 头架转速20~40r/min, 砂轮转速30~40m/s, 精磨每次进刀量0.01mm。

最后由CK6163数控车床分粗、精车右端内、外锥体至图纸要求。装夹时仍采用内孔、外圆用工装夹具垫实后, 再用三爪夹持的方法。

在零件进行氮化处理后采取研抛的方法降低零件的表面粗糙度。氮化后的零件硬度很高, 氮化变形很小, 此时研磨抛光后, 零件的表面粗糙度会降低。

在粗、精加工中间加入多次热处理除应力及人工时效的方法, 使加工产生的应力逐渐并充分释放:淬火 (加热温度860℃, 油冷) →高温回火 (加热温度600℃, 空冷) →除应力 (两次除应力, 第一次加热温度580℃, 空冷;第二次加热温度350℃, 空冷) →时效 (加热温度180℃, 空冷) →离子氮化 (采用工艺装备及控制变形措施) 等热处理方法与加工方法穿插进行, 加热温度逐渐降低, 保持适当保温时间, 调整冷却方法和冷却温度, 逐级减少加工余量, 消除应力及变形。同时要求加工工序多次进刀、每次进刀少余量切削, 以减少振动及变形。人工时效采用铜棒敲击, 相当于振动时效, 消除应力。在薄壁件的加工中, 切削热是影响零件精度的重要因素之一。要求车削、磨削时采用乳化冷却液的充分冷却, 使零件切削热充分散发、零件温度降低, 也减小了零件的热变形。

4 结语