薄壁零件数控车加工工艺的探索

朱维旺

摘要：结合薄壁零件的加工工艺为例进行分析，本文概述了数控车床加工工艺，对薄壁零件加工精度的影响因素以及数控车床薄壁零件加工工艺进行了探讨分析。

关键词：数控车床；薄壁零件；加工精度；影响因素；加工工艺

【中图分类号】TG519.1

数控车床加工过程中，加工的零件多种多样，例如细长轴、丝杠、轮盘、键槽、薄壁、型腔等多种零件，薄壁零件也是较为常见的零件。由于薄壁零件要求精度高，在实际操作时会受到切削力、切削热、机床夹具、刀具等多方面的因素干扰，工件易发生变形。基于此，以下就数控车床加工工艺进行分析。

一、数控车床加工工艺的概述

数控车床是一种基于计算机技术和数控编程技术的自动化车床，数控车床加工过程是把加工过程所需的工艺参数、零件尺寸等用数字信息表示出来，将数字信息输入车床的控制系统，控制系统通过相关的应用程序对信息进行加工处理，输出信号到驱动单元和执行单元，刀具便自动车削加工出符合要求的零件。

二、薄壁零件加工精度的影响因素

影響薄壁零件加工精度最大原因是零件的变形。

1、工件装夹时造成的变形。工件装夹时，首先要选择正确的夹紧点，然后根据夹紧点的位置选择适当的夹紧力。因此尽可能使夹紧点和支撑点一致，使夹紧力作用在支撑上，夹紧点应尽可能靠近加工面，且选择受力不易引起夹紧变形的位置。其次要增大工件与夹具的接触面积或采用轴向夹紧力。增加零件的刚性，是解决发生夹紧变形的有效办法，但由于薄壁类零件的形状和结构的特点，导致其具有较低的刚性。这样在装夹施力的作用下，就会产生变形。增大工件与夹具的接触面积，可有效降低工件装夹时的变形。

2、工件加工时造成的变形。工件在切削过程中由于受到切削力的作用，产生向着受力方向的弹性形变，就是我们常说的让刀现象。应对此类变形在刀具上要采取相应的措施，精加工时要求刀具锋利，一方面可减少刀具与工件的摩擦所形成的阻力，另一方面可提高刀具切削工件时的散热能力，从而减少工件上残余的内应力。

3、加工后应力变形。加工后，零件本身存在内应力，这些内应力分布是一种相对平衡的状态，零件外形相对稳定，但是去除一些材料和热处理后内应力发生变化，这时工件需要重新达到力的平衡所以外形就发生了变化。解决这类变形可以通过热处理的方法，把需要校直的工件叠成一定高度，采用一定工装压紧成平直状态，然后把工装和工件一起放入加热炉中，根据零件材料的不同，选择不同的加热温度和加热时间。热校直后，工件内部组织稳定。此时，工件不仅得到了较高的直线度，而且加工硬化现象得到消除，更便于零件的进一步精加工。铸件要做到时效处理，尽量消除内部的残余应力，采用变形后再加工的方式，即粗加工-时效-精加工。对于大型零件要采用仿形加工，即预计工件装配后的变形量，加工时在相反的方向预留出变形量，可有效的防止零件在装配后的变形。

三、数控车床薄壁零件加工工艺的分析

1、工件特点分析。（1）主要因为是薄壁零件，螺纹部分厚度仅有4mm，材料为45号钢，批量较大，既要考虑如何保证工件在加工时的定位精度，又要考虑装夹方便、可靠，而我们通常都是用三爪卡盘夹持外圆或撑内孔的装夹方法来加工，但此零件较薄，车削受力点与夹紧力作用点相对较远，还需车削M24螺纹，受力很大，刚性不足，容易引起晃动，因此要充分考虑如何装夹定位的问题。（2）螺纹加工部分厚度只有4mm，而且精度要求较高。目前广州数控系统GSK980TDa螺纹编程指令有G32、G92、G76。G32是简单螺纹切削，显然不适合； G92螺纹切削循环采用直进式进刀方式，刀具两侧刃同时切削工件，切削力较大，而且排削困难，因此在切削时，两切削刃容易磨损。在切削螺距较大的螺纹时，由于切削深度较大，刀刃磨损较快，从而造成螺纹中径产生误差。但由于其加工的牙形精度较高；G76螺纹切削循环采用斜进式进刀方式，单侧刀刃切削工件，刀刃容易损伤和磨损，但加工的螺纹面不直，刀尖角发生变化，而造成牙形精度较差。从以上对比可以看出，只简单利用一个指令进行车削螺纹是不够完善的，采用G92、G76混用进行编程，即先用G76进行螺纹粗加工，再用G92进精加工。

2、优化夹具设计。由于工件较薄，刚性较差，如果采用常规方法装夹工件及切削加工，将会受到轴向切削力和热变形的影响，工件会出现弯曲变形，很难达到技术要求。因此，需要设计出一套适合上面零件的专用夹具。

3 、合理选择刀具。（1）内镗孔刀采用机夹刀，缩短换刀时间，无需刃磨刀具，具有较好的刚性，能减少振动变形和防止产生振纹；（2）外圆粗、精车均选用硬质合金90°车刀；（3）螺纹刀选用机夹刀，刀尖角度标准，磨损时易于更换。

4、分析工艺过程。

第一、加工步骤：（1）装夹毛坯15mm长，平端面至加工要求；（2）用Φ18钻头钻通孔，粗、精加工Φ21通孔；（3）粗、精加工Φ48外圆，加工长度大于3mm至尺寸要求；（4）调头，利用夹具如图2所示装夹，控制总长尺寸35mm平端面；（5）加工螺纹外圆尺寸至Φ23.805；（6）利用G76、G92混合编程进行螺纹加工；（7）拆卸工件，完成加工。

第二、切削用量。（1）内孔粗车时，主轴转速每分钟500～600转，进给速度F0.2～F0.25，留精车余量0.2～0.3mm；（2）内孔精车时，主轴转速每分钟1100～1200转，为取得较好的表面粗糙度选用较低的进给速度F0.1～F0.15，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F0.25～F0.3，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F0.1～F0.15，采用一次走刀加工完成。

结束语

随着科学技术的飞速发展，社会对机械产品的结构、性能、精度、效率和品种的要求越来越高，单件与中小批量产品的比重越来越大。传统的通用、专用机床和工艺装备已经不能很好地适应高质量、高效率、多样化加工的要求。其中数控车床由于具有高效率、高精度和高柔性的特点，在机械制造业中得到日益广泛的应用，成为目前应用最广泛的数控机床之一。

参考文献

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[3]钟玉利.简论数控车床加工工艺[J].中国信息化·学术版，2013（06）