薄壁類零件的數控車削
2013-5-5 來源： 作者：
筆者在校工作期間參與了薄壁產品的加工研究，使用的數控機床是CK7525（寶雞機床有限公司，系統為FANUC0i ），從而掌握了薄壁孔零件的加工。產品的形狀如圖1 所示。該產品是用于航空機械上面的一個零部件，孔壁很薄，且直徑比較大，加工精度要求高，給加工帶來了較大的難度。產品的材料是2024，它是一種典型的硬鋁合金。其強度高，綜合性能好，具有良好的抗疲勞強度和良好的切削加工性能，但是抗腐蝕性較差。由于該產品壁厚最小處達到2.16mm ，且前端的壁厚要求均勻，給切削加工帶來了較大的難度。
為了在數控車床上加工該產品，使其達到要求，我們制定了合理的工藝流程，并且設計了一些專用夾具和具有特色的圓圈套。本文主要從工藝分析、夾具設計及加工步驟三方面對該產品的加工過程進行闡述。
1. 工藝分析
從外形來看，這個零件屬于回轉體薄壁零件。我們主要考慮先在臥式車床上進行粗加工，然后在數控車床上進行半精加工和精加工完成工件。同時必須考慮這個零件的以下特性：
（1 ）裝夾的時候，由于工件比較薄，為了避免裝夾產生變形，下料的時候比工件長50mm左右，從而在毛坯的位置夾緊。
（2 ）工件壁薄，在加工的時候容易受切削力的影響而變形，因此必需使用新的夾具裝夾工件。
（3 ）工件的直徑較大，切削的時候產生很大的熱量，造成工件變形。
2. 工藝流程
經過一段時間的試制和工藝流程的不斷改進，最終確定了一份行之有效的工藝流程。
（1 ）下料階段，為了防止裝夾使工件產生變形，選用外圓為φ 270m m，內孔直徑為230m m的套類毛坯，長度為250mm（預留50mm 裝夾位置）。
（2 ）在臥式車床上進行粗加工，車平兩邊端面，保證工件長度為247mm，便于進行加工定位。同時加工外圓和內孔處的錐度。
（3 ）進行熱處理，消除工件的內應力，提高綜合性能。
（4 ）在數控車床上半精加工外形，此過程采用尾座頂住工件的右端面。加工過程要充分冷卻，裝夾的時候采用反軟爪裝夾工件。
（5 ）拆下工件，進行時效處理，消除工件的內應力。
（6 ）使用塑膠圓圈套住工件的外圓，半精加工工件的內腔。
（7 ）拆下工件，進行時效處理，消除工件的內應力。
（8 ）使用塑膠圓圈套住工件的外圓，精加工工件的內腔達到合格尺寸。
（9 ）拆下工件，進行時效處理，消除工件的內應力。
（10）重新裝夾，采用專用夾具裝夾工件，精加工工件的外形至合格尺寸。
（11）切斷工件，切斷防止工件變形，切斷刀寬度為1mm。
由于工件壁厚只有2.16mm ，并且加工的直徑較大，金屬的膨脹系數大，如果半精車和精車在一次裝夾中連續車削，所產生的切削熱會對工件的尺寸精度影響極大，甚至會使工件卡死在夾具上拆不下來。所以為了避免進行精加工時出現較高的溫度，我們選用較低的轉速進行精加工，同時把半精加工和精加工分開，且把內孔和外圓的加工也分開。時刻注意工件的溫度變化對尺寸精度產生影響。同時在加工的時候為了消除工件的內應力，加工完成后進行時效處理。
3. 夾具設計
由于產品的批量不是很大，對本產品的加工設計了兩套輔助夾具，一個是簡單的塑膠圓圈，另一個是簡單輔助夾具。現對兩個夾具的分析如下：
（1 ）塑膠圓圈裝夾車削（見圖2 ）。塑膠圓圈1 放置在工件的中間位置，防止內孔車刀加工到中間位置產生變形；塑膠圓圈2 放置在前端的小圓弧處，防止進刀的時候產生變形。
（2 ）簡單輔助夾具設計，如圖3 所示。精加工外圓時，由于孔壁非常薄，加工中很容易產生變形，因此設計了一套簡單夾具，成本很低。裝夾時首先把心軸打進數控機床的主軸孔內，再把工件放到自定心卡盤上面，此時輕微的夾緊；接下來放入塑料墊圈，放的時候要與心軸的錐度進行一定的配合，然后再把鋁合金墊塊（彈簧與墊塊是連在一起的）放上去；最后采用回轉頂尖頂住，回轉頂尖不能用太大力，否則會發生變形；最后夾緊自定心卡盤，完成工件的裝夾。
4. 加工步驟
為了滿足加工需求，我們半精加工編寫了兩條程序，分別為外形加工和內腔加工。精加工也編寫外形加工和內腔加工兩條程序。切斷加工編寫了一條程序。步驟如下：
（1 ）半精加工薄壁零件外形。由于工件的加工余量為6mm左右，并且分布不均勻，如果采用一次加工成形的話很容易產生誤差，而且造成內應力分布不均，因此通過修改機床的刀補（1 號和7 號位置），加工兩遍來達到目的。第一次加工3mm，第二次也加工3mm。
（2 ）半精加工薄壁零件內腔。使用塑膠墊圈套住工件外形，進行薄壁零件內腔的半精加工。由于加工余量較大，采用步驟1 的方法。通過修改機床的刀補（1 號和8 號位置）加工兩遍來達到目的。第一次加工3mm，第二次也加工3mm。
（3 ）精加工薄壁零件內腔。使用塑膠墊圈套住工件外形，精加工薄壁零件外形，達到合格要求。
（4 ）精加工薄壁零件外形。采用設計的夾具裝夾工件，精加工薄壁零件外形，達到合格要求。
（5 ）切斷工件，保證工件的長度，切斷刀的刀寬為1mm，防止切削時產生較大徑向力，使工件變形。
5. 結語
經過生產實踐證明，這組夾具結構合理，定位可靠，夾緊力均勻，整體剛度高，通用性好，而且輕便靈活，可以提高切削速度，減輕勞動強度。這種加工方法一次交檢合格率大于98% ，完全達到了設計要求，提高了生產效率。
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