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數(shù)控車(chē)高級(jí)技師論文 淺談如何提高薄壁零件的加工精度 姓 名：XXXXXX 身份證號(hào)：XXXXXXXX 所在省市：XXXXXXX 所在單位：XXXXXXXX 摘要：針對(duì)影響加工薄壁零件精度不高等因素，分析了如何提高薄壁零件的加工精度，給出解決問(wèn)題的具體方法。 關(guān)鍵詞：薄壁零件　加工　精度 理想的加工程序不僅應(yīng)保證加工出符合圖樣的合格工件，同時(shí)應(yīng)能使數(shù)控機(jī)床的功能得到合理的應(yīng)用和充分的發(fā)揮。數(shù)控機(jī)床是一種高效率的自動(dòng)化設(shè)備，它的效率高于普通機(jī)床數(shù)倍。所以，要充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的這一特點(diǎn)，必須熟練掌握其性能、特點(diǎn)、使用操作方法，同時(shí)還必須在編程之前正確地確定加工方案。 在數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程中，由于加工對(duì)象復(fù)雜多樣，特別是輪廓曲線(xiàn)的形狀及位置千變?nèi)f化，加上材料不同、批量不同等多方面因素的影響，在對(duì)具體零件制定加工方案時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行具體分析和區(qū)別對(duì)待，靈活處理。只有這樣，才能使制定的加工方案合理，從而達(dá)到質(zhì)量?jī)?yōu)、效率高和成本低的目的。 ??在對(duì)加工工藝進(jìn)行認(rèn)真和仔細(xì)的分析后，制定加工方案的一般原則為先粗后精，先近后遠(yuǎn)，先內(nèi)后外，程序段最少，走刀路線(xiàn)最短，由于生產(chǎn)規(guī)模的差異，對(duì)于同一零件的加工方案是有所不同的，應(yīng)根據(jù)具體條件，選擇經(jīng)濟(jì)、合理的工藝方案。在實(shí)際生產(chǎn)加工中，我們經(jīng)常會(huì)遇到薄壁類(lèi)零件的加工。 薄壁零件具有重量輕，節(jié)約材料，結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)。但薄壁零件的加工是車(chē)削中比較棘手的問(wèn)題；原因是薄壁零件剛性差、強(qiáng)度低，在加工中極容易變形，無(wú)論是切削熱過(guò)高、切削力過(guò)大及夾緊力過(guò)大都會(huì)使零件的形位誤差增大，不易保證零件的加工質(zhì)量。對(duì)于此類(lèi)零件，我們可利用數(shù)控車(chē)床高加工精度及高生產(chǎn)效率的特點(diǎn)，并充分地考慮工藝問(wèn)題對(duì)零件加工質(zhì)量的影響，對(duì)工件的裝夾、刀具幾何參數(shù)、程序的編制等方面進(jìn)行試驗(yàn)，有效地克服薄壁零件加工過(guò)程中出現(xiàn)的變形，從而保證零件加工精度,提高薄壁零件的質(zhì)量。分析過(guò)程如下： 一、分析及改進(jìn)方法 （一）影響薄壁零件加工精度的因素 1、易受力變形：因工件壁薄，在夾緊力的作用下容易產(chǎn)生變形，從而影響工件的尺寸精度和形狀精度，而且切削用量和刀具的幾何角度的選取也重要，否則工件會(huì)因過(guò)大的切削力出現(xiàn)變形。(如圖1所示) 圖1 2、易受熱變形：因工件較薄，不易散熱，切削熱會(huì)引起工件熱變形，使工件尺寸隨溫度變化而很難控制。 3、易振動(dòng)變形：在切削力（特別是徑向切削力）的作用下，容易產(chǎn)生振動(dòng)和變形，影響工件的尺寸精度、形狀、位置精度和表面粗糙度。 （二）、如何提高薄壁零件的加工精度 如圖2所示的薄壁零件，是我用數(shù)控車(chē)床加工的產(chǎn)品中難度較大的零件，為了提高產(chǎn)品的合格率，我從工件的裝夾、刀具幾何參數(shù)、程序的編制等方面進(jìn)行綜合考慮，實(shí)踐證明，有效提高了零件的精度，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。 1、分析工件特點(diǎn) 從零件圖樣要求及材料來(lái)看，加工此零件的難度主要有兩點(diǎn)： (1)因?yàn)槭潜”诹慵?，材料?5號(hào)鋼，批量較大，既要考慮如何保證工件在加工時(shí)的定位精度，又要考慮裝夾方便、可靠，而我們通常都是用三爪卡盤(pán)夾持外圓或撐內(nèi)孔的裝夾方法來(lái)加工，但此零件較薄，車(chē)削受力點(diǎn)與夾緊力作用點(diǎn)相對(duì)較遠(yuǎn)，還需車(chē)削M24螺紋，受力很大，剛性不足，容易引起工作圓跳動(dòng)，因此要充分考慮如何裝夾定位的問(wèn)題。 (2) 螺紋加工部分厚度不足2mm，而且精度要求較高。目前常用的數(shù)控系統(tǒng)螺紋編程指令有G32、G92、G76。G32是簡(jiǎn)單螺紋切削，顯然不適合； G92螺紋切削循環(huán)采用直進(jìn)式進(jìn)刀方式，如圖3所示，刀具兩側(cè)刃同時(shí)切削工件，切削力較大，而且排削困難，因此在切削時(shí)，兩切削刃容易磨損。在切削螺距較大的螺紋時(shí)，由于切削深度較大，刀刃磨損較快，從而造成螺紋中徑產(chǎn)生誤差，但其加工的牙形精度較高；G76螺紋切削循環(huán)采用斜進(jìn)式進(jìn)刀方式，如圖4所示，單側(cè)刀刃切削工件，刀刃不易損傷和磨損，但加工的螺紋面不直，刀尖角發(fā)生變化，而造成牙形精度較差。從以上對(duì)比可以看出，只簡(jiǎn)單利用一個(gè)指令進(jìn)行車(chē)削螺紋是不夠完善的，采用G92、G76混用進(jìn)行編程，即先用G76進(jìn)行螺紋粗加工，再用G92進(jìn)精加工，在薄壁螺紋加工中，將有兩大優(yōu)點(diǎn)：一方面可以避免因切削量大而產(chǎn)生薄壁變形，另一方面能夠保證螺紋加工中的精度。 . 圖3　G92直進(jìn)式加工 圖4　G76斜進(jìn)式加工　 　　 2、優(yōu)化夾具設(shè)計(jì) 由于工件較薄，剛性較差，如果采用常規(guī)方法裝夾工件及切削加工，將會(huì)受到軸向切削力和熱變形的影響，工件會(huì)出現(xiàn)彎曲變形，很難達(dá)到技術(shù)要求。因此，需要設(shè)計(jì)出一套適合上面零件的專(zhuān)用夾具，如圖5所示。 圖5 3、合理選擇刀具幾何參數(shù) 前角越大，切屑變形減小，切削力亦小、切削越平穩(wěn)。主偏角增大，則徑向切削力減小，振幅亦減小，不易產(chǎn)生顫振。后角不宜過(guò)大，使刀具剛性增加，振動(dòng)變能減弱，但后角的減小要避免刀具后刀面與工件產(chǎn)生摩擦，而引起振動(dòng)。刀尖圓角半徑增大，則切削力亦增大，容易引起顫振，但圓角半徑太小，要影響表面粗糙度和刀尖強(qiáng)度，故必須兼顧各種影響。 4、合理選擇切削用量 主軸轉(zhuǎn)速越高，切削時(shí)工件越容易產(chǎn)生顫振，低速車(chē)削時(shí)不易產(chǎn)生顫振。走刀量越小，則切削厚度越薄，越容易引起顫振，適當(dāng)加大走刀量，可使振幅減小。背吃刀量越大，振動(dòng)時(shí)引起切削力的波動(dòng)越大，越容易引起顫振。 二、加工 解決加工精度問(wèn)題是該工件加工成敗的， 應(yīng)從刀具、切削參數(shù)、工件的裝夾及加工過(guò)程幾方面入手解決。 1、刀具刃磨 刃磨三把精加工 外圓刀、內(nèi)孔刀和螺紋刀。都必須刃磨鋒利，切削刃平直光潔，三把刀的刀尖圓弧都為R0.2。刀具材料為YT15。刃口的強(qiáng)度和韌性好，容易磨出鋒利的刃口， 圖6 且適合優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的精加工。 （1）內(nèi)、外圓車(chē)刀 外圓刀為普通機(jī)加刀具，刀頭材料為YT15。工件材料為45#鋼抗拉強(qiáng)度為598Mpa，主偏角為93°是考慮減小徑向力，同時(shí)兼顧刀尖的強(qiáng)度。前角為10°，兩個(gè)后角相同為6°,刃傾角為7°，副偏角為8°,橫刃寬度為0.1mm,刀尖圓弧為0.2mm,斷屑槽寬度為3mm深度為1.5mm，斷屑槽必須和刃傾角和主切削刃為平行關(guān)系這樣就可以保證切屑打卷順利排屑。如圖6所示。 （2）螺紋車(chē)刀 由圖2可知，螺紋為M24X1.5,可計(jì)算出螺旋升角約為1.19°螺 紋車(chē)刀的工作后角一般為3°～5°。那么就可以根據(jù)公式計(jì)算出左側(cè)切削刃的刃磨后角為5.19°, 右側(cè)切削刃的刃磨后角為2.81°，背前角為0°， 可以將前刀面磨為如圖7所示的弧形，這樣有利于排屑并且可以增加刃口鋒利，但是兩側(cè)切削刃必須平直并且要和刀桿平行。 圖7 2、切削用量選擇 （1）背吃刀量的選擇 輪廓半精車(chē)背吃刀量為0.5mm，精車(chē)背吃刀量為0.25mm。螺紋粗車(chē)采用復(fù)合型螺紋切削循環(huán)G76指令編程，進(jìn)刀方式為斜進(jìn)法并且切深逐次減少（第一次為△d、第n次就為△d-△d）螺紋切削第一刀背吃刀量選擇為0.4mm，并給G92預(yù)留精加工余量為0.1mm。 （1） 主軸轉(zhuǎn)速的選擇 精車(chē)切削速度υc=120m/min經(jīng)過(guò)計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速為（精車(chē)工件直徑為D=24mm）1200r/min。車(chē)螺紋時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速為320 r/min。 （2） 進(jìn)給速度的選擇 編程用G99每轉(zhuǎn)進(jìn)給，精車(chē)時(shí)進(jìn)給量選擇為0.1mm/r。 3、工件的裝夾 （1）內(nèi)孔加工時(shí)采用軟爪裝夾。在軟爪的加工過(guò)程中，應(yīng)注意軟爪的內(nèi)孔應(yīng)比工件的外徑大0～0.05mm,，軟爪對(duì)工件的包容面積應(yīng)在90﹪～95﹪之間，這樣就會(huì)使工件受力點(diǎn)均勻分布在工件的表面。用軟爪的端面進(jìn)行軸向定位，軟爪端面的加工應(yīng)與軟爪內(nèi)孔的加工在一次裝夾中完成，并且要保證軟爪端面與內(nèi)孔垂直，這樣既可以提高定位精度，又可以減少工件在加工時(shí)因受力不均勻而產(chǎn)生變形。 圖8 （2）外部加工時(shí)采用圖9所示的裝夾方式。此工裝采用普通錳含量鋼，牌號(hào)為60﹟，因?yàn)榇虽摼哂邢喈?dāng)高的強(qiáng)度和彈性，在加工時(shí)應(yīng)注意，夾具體的外部臺(tái)階和內(nèi)錐面及孔應(yīng)為一次裝夾完成，并且加工完成后不能拆卸，夾具體的外圓應(yīng)比工件的內(nèi)孔尺寸小0.05～0.1mm，這樣便于裝夾。夾具體的壁厚為3mm的錐孔，錐半角為2°，錐長(zhǎng)為39mm。小溝槽的作用是為了加工工件左端面時(shí)不切上夾具體。拉桿上的錐半角同樣為2°，錐長(zhǎng)為35mm，并且前端錐面應(yīng)與后端的桿部同軸，這樣才能保證工件內(nèi)孔與外圓的同軸度。工作的裝夾過(guò)程為，先將工件裝在脹緊套上，并且工件的左端面，應(yīng)與夾具體的臺(tái)階端面貼緊。然后裝入拉桿，在主軸后端用螺母副給拉桿施加軸向拉力，在拉動(dòng)拉桿的同時(shí)，靠拉桿外圓錐面與脹緊套的內(nèi)圓錐面配合，使脹緊套受力變形。脹緊套外邊又與工件內(nèi)孔的配合，從而對(duì)工件進(jìn)行夾緊。 4、加工過(guò)程 工件的粗加工全部在普通車(chē)床上加工，粗車(chē)外圓至Φ49mm和Φ25mm、粗車(chē)內(nèi)孔至Φ18.5mm、長(zhǎng)度留1mm余量，下文只講在數(shù)控車(chē)床上的精加工。圖2所示 （1）左端面、大外圓及內(nèi)孔精加工 采用圖8所示的裝夾方式進(jìn)行裝夾，但是在裝夾時(shí)夾緊力不易過(guò)大，以免因夾緊力過(guò)大而引起工件變形，夾緊力應(yīng)選取適當(dāng)。精車(chē)左端面，車(chē)出即可。精車(chē)Φmm外圓，長(zhǎng)度大于3mm及左邊的未注倒角0.2X45°達(dá)圖紙要求。然后對(duì)內(nèi)孔進(jìn)行半精加工，尺寸為Φ19.5mm，給精加工留0.5mm余量，主要考慮刀尖圓弧半徑，讓主要切削力方向?yàn)檩S向力，這樣才會(huì)使工件因受切削力變形最小。最后精加工內(nèi)孔Φmm及倒角達(dá)圖紙要求。 （2）右端面、大臺(tái)階右端面、小外圓精加工及螺紋粗、精加工 采用圖5所示的裝夾方式進(jìn)行裝夾，但是裝夾時(shí)拉桿的拉力不易過(guò)大，以免因拉力過(guò)大而引起工件變形，夾緊力應(yīng)選取適當(dāng)。精車(chē)右端面，定總長(zhǎng)為圖紙尺寸。精車(chē)大臺(tái)階右端面，車(chē)至圖紙尺寸。接下來(lái)對(duì)小外圓進(jìn)行半精加工，應(yīng)考慮精加工余量。由于小外圓部分要加工外螺紋，而實(shí)際加工中外螺紋的大徑應(yīng)減小0.1P，這樣便于螺紋裝配,同時(shí)要保證精加工余量0.5mm.精加工余量取0.5主要考慮刀尖圓弧半徑，讓主要切削力方向?yàn)檩S向力，這樣才會(huì)使工件因受切削力變形最小。然后精加工小外圓Φmm及倒角達(dá)圖紙要求。最后進(jìn)行外螺紋的粗、精加工，粗加工時(shí)采用圖4所示的進(jìn)刀方式進(jìn)行加工，而精加工時(shí)采用圖3所示的進(jìn)刀方式進(jìn)行加工。 三、加工效果 加工成形的工件經(jīng)檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)變形，粗糙度、尺寸及形位公差等均能達(dá)到圖紙要求，實(shí)踐證明用此方法加工比較合理。 四、小結(jié) 經(jīng)過(guò)以上分析和加工，我對(duì)薄壁類(lèi)零件的加工有了較深的認(rèn)識(shí)和掌握?？偟膩?lái)說(shuō)，加工薄壁類(lèi)零件主要應(yīng)考慮的因素為裝夾方法和減小變形，其次就根據(jù)工件材料、刀具幾何參數(shù)、機(jī)床性能和切削力等方面進(jìn)行全面分析，最后優(yōu)化設(shè)計(jì)加工方案。 對(duì)同類(lèi)零件的加工有一定的借鑒作用。在日后的零件加工中，我將繼續(xù)總結(jié)提高，進(jìn)一步提高各種切削加工技能。 參考文獻(xiàn)： 1、機(jī)械制造工藝與設(shè)備 1999.5 閆世才 安平北京 中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社 2、北京第一通用機(jī)械廠(chǎng) 機(jī)械工人切削手冊(cè)（第六版） 機(jī)械工業(yè)出版社 3、數(shù)控加工工藝學(xué) 勞動(dòng)和社會(huì)保障部教材辦公室組織編寫(xiě) 中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社 4 、數(shù)控機(jī)床用戶(hù)手冊(cè) 北京凱恩帝數(shù)控技術(shù)公司 - 12 -