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數(shù)控車高級技師論文 淺談如何提高薄壁零件的加工精度 姓 名：XXXXXX 身份證號：XXXXXXXX 所在省市：XXXXXXX 所在單位：XXXXXXXX 摘要：針對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，給出解決問題的具體方法。 關鍵詞：薄壁零件　加工　精度 理想的加工程序不僅應保證加工出符合圖樣的合格工件，同時應能使數(shù)控機床的功能得到合理的應用和充分的發(fā)揮。數(shù)控機床是一種高效率的自動化設備，它的效率高于普通機床數(shù)倍。所以，要充分發(fā)揮數(shù)控機床的這一特點，必須熟練掌握其性能、特點、使用操作方法，同時還必須在編程之前正確地確定加工方案。 在數(shù)控機床加工過程中，由于加工對象復雜多樣，特別是輪廓曲線的形狀及位置千變萬化，加上材料不同、批量不同等多方面因素的影響，在對具體零件制定加工方案時，應該進行具體分析和區(qū)別對待，靈活處理。只有這樣，才能使制定的加工方案合理，從而達到質量優(yōu)、效率高和成本低的目的。 ??在對加工工藝進行認真和仔細的分析后，制定加工方案的一般原則為先粗后精，先近后遠，先內后外，程序段最少，走刀路線最短，由于生產規(guī)模的差異，對于同一零件的加工方案是有所不同的，應根據(jù)具體條件，選擇經(jīng)濟、合理的工藝方案。在實際生產加工中，我們經(jīng)常會遇到薄壁類零件的加工。 薄壁零件具有重量輕，節(jié)約材料，結構緊湊等特點。但薄壁零件的加工是車削中比較棘手的問題；原因是薄壁零件剛性差、強度低，在加工中極容易變形，無論是切削熱過高、切削力過大及夾緊力過大都會使零件的形位誤差增大，不易保證零件的加工質量。對于此類零件，我們可利用數(shù)控車床高加工精度及高生產效率的特點，并充分地考慮工藝問題對零件加工質量的影響，對工件的裝夾、刀具幾何參數(shù)、程序的編制等方面進行試驗，有效地克服薄壁零件加工過程中出現(xiàn)的變形，從而保證零件加工精度,提高薄壁零件的質量。分析過程如下： 一、分析及改進方法 （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，否則工件會因過大的切削力出現(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、易振動變形：在切削力（特別是徑向切削力）的作用下，容易產生振動和變形，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)控車床加工的產品中難度較大的零件，為了提高產品的合格率，我從工件的裝夾、刀具幾何參數(shù)、程序的編制等方面進行綜合考慮，實踐證明，有效提高了零件的精度，保證了產品的質量。 1、分析工件特點 從零件圖樣要求及材料來看，加工此零件的難度主要有兩點： (1)因為是薄壁零件，材料為45號鋼，批量較大，既要考慮如何保證工件在加工時的定位精度，又要考慮裝夾方便、可靠，而我們通常都是用三爪卡盤夾持外圓或撐內孔的裝夾方法來加工，但此零件較薄，車削受力點與夾緊力作用點相對較遠，還需車削M24螺紋，受力很大，剛性不足，容易引起工作圓跳動，因此要充分考慮如何裝夾定位的問題。 (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是簡單螺紋切削，顯然不適合； G92螺紋切削循環(huán)采用直進式進刀方式，如圖3所示，刀具兩側刃同時切削工件，切削力較大，而且排削困難，因此在切削時，兩切削刃容易磨損。在切削螺距較大的螺紋時，由于切削深度較大，刀刃磨損較快，從而造成螺紋中徑產生誤差，但其加工的牙形精度較高；G76螺紋切削循環(huán)采用斜進式進刀方式，如圖4所示，單側刀刃切削工件，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。從以上對比可以看出，只簡單利用一個指令進行車削螺紋是不夠完善的，采用G92、G76混用進行編程，即先用G76進行螺紋粗加工，再用G92進精加工，在薄壁螺紋加工中，將有兩大優(yōu)點：一方面可以避免因切削量大而產生薄壁變形，另一方面能夠保證螺紋加工中的精度。 . 圖3　G92直進式加工 圖4　G76斜進式加工　 　　 2、優(yōu)化夾具設計 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，將會受到軸向切削力和熱變形的影響，工件會出現(xiàn)彎曲變形，很難達到技術要求。因此，需要設計出一套適合上面零件的專用夾具，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，不易產生顫振。后角不宜過大，使刀具剛性增加，振動變能減弱，但后角的減小要避免刀具后刀面與工件產生摩擦，而引起振動。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度，故必須兼顧各種影響。 4、合理選擇切削用量 主軸轉速越高，切削時工件越容易產生顫振，低速車削時不易產生顫振。走刀量越小，則切削厚度越薄，越容易引起顫振，適當加大走刀量，可使振幅減小。背吃刀量越大，振動時引起切削力的波動越大，越容易引起顫振。 二、加工 解決加工精度問題是該工件加工成敗的， 應從刀具、切削參數(shù)、工件的裝夾及加工過程幾方面入手解決。 1、刀具刃磨 刃磨三把精加工 外圓刀、內孔刀和螺紋刀。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。刃口的強度和韌性好，容易磨出鋒利的刃口， 圖6 且適合優(yōu)質碳素結構鋼的精加工。 （1）內、外圓車刀 外圓刀為普通機加刀具，刀頭材料為YT15。工件材料為45#鋼抗拉強度為598Mpa，主偏角為93°是考慮減小徑向力，同時兼顧刀尖的強度。前角為10°，兩個后角相同為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）螺紋車刀 由圖2可知，螺紋為M24X1.5,可計算出螺旋升角約為1.19°螺 紋車刀的工作后角一般為3°～5°。那么就可以根據(jù)公式計算出左側切削刃的刃磨后角為5.19°, 右側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 輪廓半精車背吃刀量為0.5mm，精車背吃刀量為0.25mm。螺紋粗車采用復合型螺紋切削循環(huán)G76指令編程，進刀方式為斜進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預留精加工余量為0.1mm。 （1） 主軸轉速的選擇 精車切削速度υc=120m/min經(jīng)過計算主軸轉速為（精車工件直徑為D=24mm）1200r/min。車螺紋時，主軸轉速為320 r/min。 （2） 進給速度的選擇 編程用G99每轉進給，精車時進給量選擇為0.1mm/r。 3、工件的裝夾 （1）內孔加工時采用軟爪裝夾。在軟爪的加工過程中，應注意軟爪的內孔應比工件的外徑大0～0.05mm,，軟爪對工件的包容面積應在90﹪～95﹪之間，這樣就會使工件受力點均勻分布在工件的表面。用軟爪的端面進行軸向定位，軟爪端面的加工應與軟爪內孔的加工在一次裝夾中完成，并且要保證軟爪端面與內孔垂直，這樣既可以提高定位精度，又可以減少工件在加工時因受力不均勻而產生變形。 圖8 （2）外部加工時采用圖9所示的裝夾方式。此工裝采用普通錳含量鋼，牌號為60﹟，因為此鋼具有相當高的強度和彈性，在加工時應注意，夾具體的外部臺階和內錐面及孔應為一次裝夾完成，并且加工完成后不能拆卸，夾具體的外圓應比工件的內孔尺寸小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°，錐長為39mm。小溝槽的作用是為了加工工件左端面時不切上夾具體。拉桿上的錐半角同樣為2°，錐長為35mm，并且前端錐面應與后端的桿部同軸，這樣才能保證工件內孔與外圓的同軸度。工作的裝夾過程為，先將工件裝在脹緊套上，并且工件的左端面，應與夾具體的臺階端面貼緊。然后裝入拉桿，在主軸后端用螺母副給拉桿施加軸向拉力，在拉動拉桿的同時，靠拉桿外圓錐面與脹緊套的內圓錐面配合，使脹緊套受力變形。脹緊套外邊又與工件內孔的配合，從而對工件進行夾緊。 4、加工過程 工件的粗加工全部在普通車床上加工，粗車外圓至Φ49mm和Φ25mm、粗車內孔至Φ18.5mm、長度留1mm余量，下文只講在數(shù)控車床上的精加工。圖2所示 （1）左端面、大外圓及內孔精加工 采用圖8所示的裝夾方式進行裝夾，但是在裝夾時夾緊力不易過大，以免因夾緊力過大而引起工件變形，夾緊力應選取適當。精車左端面，車出即可。精車Φmm外圓，長度大于3mm及左邊的未注倒角0.2X45°達圖紙要求。然后對內孔進行半精加工，尺寸為Φ19.5mm，給精加工留0.5mm余量，主要考慮刀尖圓弧半徑，讓主要切削力方向為軸向力，這樣才會使工件因受切削力變形最小。最后精加工內孔Φmm及倒角達圖紙要求。 （2）右端面、大臺階右端面、小外圓精加工及螺紋粗、精加工 采用圖5所示的裝夾方式進行裝夾，但是裝夾時拉桿的拉力不易過大，以免因拉力過大而引起工件變形，夾緊力應選取適當。精車右端面，定總長為圖紙尺寸。精車大臺階右端面，車至圖紙尺寸。接下來對小外圓進行半精加工，應考慮精加工余量。由于小外圓部分要加工外螺紋，而實際加工中外螺紋的大徑應減小0.1P，這樣便于螺紋裝配,同時要保證精加工余量0.5mm.精加工余量取0.5主要考慮刀尖圓弧半徑，讓主要切削力方向為軸向力，這樣才會使工件因受切削力變形最小。然后精加工小外圓Φmm及倒角達圖紙要求。最后進行外螺紋的粗、精加工，粗加工時采用圖4所示的進刀方式進行加工，而精加工時采用圖3所示的進刀方式進行加工。 三、加工效果 加工成形的工件經(jīng)檢測，未發(fā)現(xiàn)變形，粗糙度、尺寸及形位公差等均能達到圖紙要求，實踐證明用此方法加工比較合理。 四、小結 經(jīng)過以上分析和加工，我對薄壁類零件的加工有了較深的認識和掌握。總的來說，加工薄壁類零件主要應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)、機床性能和切削力等方面進行全面分析，最后優(yōu)化設計加工方案。 對同類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)總結提高，進一步提高各種切削加工技能。 參考文獻： 1、機械制造工藝與設備 1999.5 閆世才 安平北京 中國勞動社會保障出版社 2、北京第一通用機械廠 機械工人切削手冊（第六版） 機械工業(yè)出版社 3、數(shù)控加工工藝學 勞動和社會保障部教材辦公室組織編寫 中國勞動社會保障出版社 4 、數(shù)控機床用戶手冊 北京凱恩帝數(shù)控技術公司 - 12 -