数控车床对薄片、薄壁零件的加工

王蕊

摘 要：以某零件加工为例，通过对比、分析技术改进前后的加工质量，证明了采用软卡爪加工零件的方法是可行的。

关键词：数控车床；薄壁零件；平行度；加工质量

中图分类号：TG519.1 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.128

随着现代化工业生产技术的发展，薄壁零件因质量轻、节约材料、结构紧凑等特点已被广泛应用于各个工业部门。目前，薄壁零件的加工比较棘手，原因是薄壁零件刚性差、强度弱，在加工中极易变形，难以保证零件的加工质量。传统的普通机床加工已经满足不了现代化机械要求，因此，数控机床在各种机械制造行业中得到了广泛的使用，数控车床就是其中的一种。数控车床主要用于轴类和盘类回转体零件的加工，适合加工中、小批量，精度要求较高的零件，且加工出的零件一致性好，比普通车床的效率高了很多，即使是较复杂的零件，其加工质量也能达到很高的水平。

使用数控车床加工零件优点很多，比如适合中、小批量生产，提高了加工精度和同一批零件的尺寸重复精度，保证了加工质量的稳定性；具有较高的生产率，与普通车床相比，生产率提高了2～3倍，带来更好的经济效益；能加工普通车床所不能加工的复杂型面；降低了操作人员的劳动强度，提高了操作人员的技能和素质。但是，运用数控车床加工零件也存在一些不足，比如零件的所有加工部分都需要在一道工序中加工完成。而对于需要两道以上工序加工的零件，其二次装夹就有可能出现问题，比如工件的定位、装夹困难，已加工的表面夹伤、变形等，影响了加工精度、加工质量以及后续工序的顺利进行。

数控车床的种类很多。以CNC TNC-20A数控车床为例，该车床标配的是直径为200 mm的液压卡盘，液压卡盘依靠拉力夹紧。还有一套液压弹簧夹头，靠推力夹紧，但它不能用于加工尺寸较大的零件。夹紧力的大小要根据实际需要调整。

1 加工实例

以某零件加工为例，如图1所示。该零件材料为黄铜 HPb59-1，直径为75 mm，坯料厚度为20 mm，精加工后，零件的壁厚为1.5 mm。该零件形位公差要求较高——垂直度为0.03 mm，平行度为0.04 mm，后续工序的加工基准孔为中心孔φ ，因此，同轴度要求也很高。零件的平行度会直接影响后续工序的加工。该零件属于片状、薄壁类，加工时有一定的难度，形位公差要求不易满足，难以保证零件的加工质量。

图1 某零件加工示意图

2 加工现状

2.1 加工试验方法

装夹坯料，调整卡盘的加紧力，先加工φ56 mm台阶外圆的这一面，掉头采用开口衬套装夹，再车削有内孔的这一面。采用这种方法加工出的零件情况是：φ56 mm的外圆与φ53.50 mm的内孔有变形，呈三角状；孔一侧的外端面不平，平面度为0.06 mm，平行度为0.08 mm，（6±0.06）mm的孔深尺寸得不到保证。可见，这种加工方法是不可行的。

2.2 原因分析

由于零件材料为黄铜HPb59-1，硬度比钢料低，加工过程中稍有不慎就会夹伤工件表面，从而影响表面质量。该零件为片状、薄壁零件，粗加工时虽有变形但不影响精加工质量。精加工时，如果卡盘的夹紧压力稍大些，则容易引起零件变形；稍小些，则夹不紧零件，致使加工过程中刀具和工件同时损坏。另外，零件本身的精度要求很高，比如平面度、垂直度、平行度要求均很小，形位公差得不到保证，无法加工。因此，加工此类机构底座时，工件需要分为粗、精车及掉头二次以上装夹加工。

3 改进后的加工状况

首先粗加工，安装坯料，车削各外圆尺寸，均放1 mm的加工余量，总厚度也放余量1 mm，小孔余量留1 mm、大孔余量留2 mm，以备精加工；接着再找一个直径为160 mm的普通三爪卡盘（不带法兰盘），将卡爪焊成黄铜软卡爪，安装在机床的卡盘上。安装时，采用大卡盘装夹小卡盘的方法。卡盘、软卡爪示意图如图2所示。卡爪按装夹零件的大小镗制而成，间隙控制在0.05 mm之内，安装端面要车平。零件装夹后，端面要靠平卡爪，凭手感夹紧，夹紧力略大于切削力。工件装夹示意图如图3所示。然后精加工，按尺寸要求精车内孔及端面各尺寸，经检验合格后再加工外形各尺寸。采用此方法试验加工后，经检验，零件的平行度保证在0.02 mm以内，相应的平面度也很好，垂直度得到了保证。零件加工草图如图4所示。

通过技术改进，满足了零件的形位公差要求及尺寸精度要求，加工出的零件经检验全部合格，成功地完成了生产任务。

4 总结

后续几批零件或类似零件的加工均采用了此方法，效果很

好，合格率均为100%. 试验证明，这种方法是可行的，其好处是：手卡盘可以自锁，夹紧力的大小可以随意调节；内撑面几乎全部与内孔接触，不会夹伤零件，变形减小，方便适用；比液压卡盘保持夹紧力对零件的变形破坏要小得多。

实践证明，软卡爪加工零件这一方法是可行的，效果显著。采用该方法不仅扩大了机床的加工范围，同时也弥补了数控车床的不足之处，对于尺寸各异、多次装夹、内撑外夹的零件都可以任意加工，充分发挥了数控车床的功效，为生产开拓了新思路、新方法，解决了片状、薄壁零件在数控车床上加工困难的难题，从而保证了生产的顺利进行，为今后的工作打下了扎实的基础。

〔编辑：刘晓芳〕