數(shù)控車床車削大直徑薄壁零件方法探析
2020-4-27 來源：- 作者：-
摘要：大直徑薄壁零件在車削加工中容易變形，難以保證零件的精度。著重從加工工藝的制定、工件輔助工裝的裝夾定位、車削程序指令的選用等方面進行優(yōu)化設(shè)計，能有效減小薄壁零件的變形，提高薄壁零件的加工精度及質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：薄壁零件 數(shù)控車床 加工工藝
1、大直徑薄壁零件概述
某減速器上軸承襯套，是一種典型的大直徑薄壁零件。如圖 1 所示。
圖 1 大直徑薄壁零件
薄壁零件由于自身結(jié)構(gòu)剛性差、強度弱，在車削加工中易產(chǎn)生振動及變形；夾緊力和切削力不均會造成零件形變；在車削零件中產(chǎn)生的熱能也容易使工件熱變形[1]。這些都是導(dǎo)致薄壁零件的加工精度不高的因素。在該零件生產(chǎn)制造過程中，通過工件定位與輔助夾具設(shè)計、制定合理可行的加工工藝、選用優(yōu)良刀具和切削用量、優(yōu)化刀具切削軌跡及程序等眾多措施，減少使薄壁零件在車削中易振動和變形的因素，有效提高零件的加工精度與加工效率。
2、零件工藝分析及制定
從零件圖紙技術(shù)要求及結(jié)構(gòu)形狀來分析，此零件的加工難度是確保內(nèi)、外圓的圓度與同軸度、各端面與軸線的垂直度等達到技術(shù)要求。零件毛坯料為 45 號鋼，Ф210mm×150mm 的實心棒材。削工藝安排粗加工、半精加工、精加工多道工序，使用普通車床進行粗加工和半精加工[2]，通過增加半精加工這一道工序，能夠有效減小粗加工切削力和夾緊力較大、切削溫度較高所引起的工件變形及內(nèi)應(yīng)力。精車使用廣數(shù) G210 數(shù)控車床切削加工，應(yīng)用自制臺階軟爪安裝工件，精車內(nèi)、外徑及端面，而后使用軟爪撐內(nèi)孔安裝方式定位零件，完成后續(xù)工步制成成品。通過上述精車加工，滿足了先內(nèi)后外與在一次裝夾內(nèi)完成切削任務(wù)的工藝原則[3]，有效減少零件因重復(fù)裝夾與定位所產(chǎn)生的工藝基準與定位基準的偏差。
3、工件定位與裝夾設(shè)計
廣數(shù) G210 數(shù)控車床采用液壓卡盤裝夾工件，因液壓卡盤的卡爪夾緊力大、接觸面小，容易使零件產(chǎn)生變形。筆者設(shè)計了一個扇形臺階式軟爪，如圖 2 所示，精車工件之前，把軟爪安裝到卡盤上，采用“自干自”精密車削軟爪之后，軟爪精度值大幅度提高，軟爪夾持零件最大外徑處，就可完成在一次裝夾中車削零件內(nèi)、外直徑與端面的工序，這樣確保工件裝夾定位精度。軟爪形狀制作成扇形是為了增大與工件的接觸面，可使軟爪夾緊力均勻分布在工件外表面，能夠有效降低零件受三點應(yīng)力集中產(chǎn)生的形變[4]。
圖 2 扇形階臺軟爪
4、刀具和切削用量的優(yōu)化
刀具優(yōu)良的幾何角度可以提高加工精度，合理選擇切削用量有利于提高加工效率。刀具主要選用機夾車刀，如表 1 所示，選用 95°外徑車刀，因刀具前角、主偏角較大，切削性能好，不易使工件產(chǎn)生振動與變形。內(nèi)孔刀具選擇刀尖圓角半徑為 0.2mm，使刀尖圓弧及修光刃長度減小，這樣可降低軸向切削力，不易使工件產(chǎn)生軸向跳動。車削內(nèi)孔為防止積屑造成刀具加屑而形成的刀具讓刀現(xiàn)象，可選擇斷屑性能好的涂層刀片[5]進行加工。車削中還可通過加注乳化油類冷卻液對零件進行降溫，進而減少零件因熱能產(chǎn)生的形變。
表 1 刀具參數(shù)
為降低零件加工中的切削力，精車薄壁零件時切削用量不宜選用過大，減少因刀具剛性不足而產(chǎn)生的讓刀的現(xiàn)象[6]，從而提高工件內(nèi)表面加工精度值。
精加工零件時，削用量應(yīng)選用較低的主軸轉(zhuǎn)速在 240 ～ 450r/min，背吃刀量在 0.1 ～ 0.2mm，進給量在 0.05 ～ 0.2mm/r，這樣的切削用量值，車削出的零件變形小、精度值高。
5、刀具車削軌跡與程序的選用
規(guī)劃走刀路徑及合理選用程序指令，可以有效減小切削零件中的切削力。工件裝夾在卡盤上后，會形成懸伸結(jié)構(gòu)狀態(tài)[7]，在加工零件端面時，若選擇從小徑向大徑方向的走刀路線，會增大車工件上的徑向力，進而引發(fā)車削端面時的振顫，使薄壁零件在端面及結(jié)合部產(chǎn)生變形[8]。若采用走刀路線從法向進刀來車削端面，并應(yīng)用恒線速度功能指令——G96 S，可大幅度降低車削端面時的切削力，從而確保端面與外徑的形位精度及粗糙度值。
6、結(jié)語
憑借數(shù)控車床的高精度和高效率性能，通過制定合理的數(shù)控加工工藝，應(yīng)用簡單可靠的輔助夾具，選擇適合的機夾刀具，就可有效減少薄壁零件在車削過程中產(chǎn)生的變形，從而有效地提高了零件加工精度與質(zhì)量。
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