浅谈薄壁零件数控车工加工工艺

王玉新

摘要：新世纪是提倡节约能源，保护环境的时代。薄壁零件以重量轻、节约材料和结构紧凑等优点在各个行业得以广泛应用。然而薄壁零件由于其刚性差和强度弱，在机械加工中很容易变形，导致加工精度难以确保。

关键词：薄壁零件;数控车工;加工工艺

前言

文章将详细分析薄壁零件的工艺特点以及影响加工精度的因数。通过实例分析讲解了优化零件结构、工艺设计、工装、刀具几何角度、切削参数等方面知识，进而确保了薄壁零件的数控加工精度。

1.影响薄壁零件数控加工精度的因素

1.1工件的装夹工艺产生的变形

无论哪种装夹方式薄壁零件的装夹工艺问题都是制造过程中的首要条件，由于薄壁零件自身的结构特点，如果夹紧力支撑点选择不当容易引起弹性变形从而影响到零件的形状精度、尺寸精度、位置精度。此外，在加工过程中夹紧力与切削力之间力的波动效应产出耦合作用，引起残余应力的分布。所以工件的装夹的工艺是引起零件变形不可忽视的一个重要原因。

1.2加工过程中刀具对工件的作用产生的变形

加工过程中刀具对工件的作用产生的变形主要表现在两个方面首先是切削热，在加工过程中克服材料的弹性变形，塑性变形和刀具与工件之间的摩擦所做的功，大部分转化为切屑热造成各部位温度不均匀，使之产生变形。其次是切削力，切削力不仅会引起零件的回弹变形而且还会因为切削力过大，超过零件的弹性极限会引起挤压变形。同时在切削力的作用下容易产生振动，从而影响到加工精度。此外刀具的几何角度以及切削用量的合理选择、走刀路径、机床的刚度以及零件的冷却等都会对精度产生影响。

2.如何提高薄壁零件的数控加工精度

2.1改善零件结构的工艺性提高零件的刚性

对于薄壁零件，增加工艺筋条以增强刚性，或者通过在型腔内加膜胎还可以通过填充石蜡、低熔点的合金等方法来增加零件的刚性，使之减少变形。

2.2优化装夹工艺方案

不同的零件结构和加工方法对应不同的装夹工艺。在已有的装夹工艺的基础上对其进行改进，优化设计是装夹工艺优化的基本方法。其实装夹工艺优化的根本目的就是对加工的零件施加应力提高加工时的刚性来抵抗变形。可采用固装装夹技术。还可以采用电磁吸盘、开口过度环、专用夹具、心轴、软爪等专用夹具在避免装夹变形来带的精度影响

2.3合理选择刀具以及切削用量

合理的选择刀具的材料以及刀具的几何角度对于薄壁零件的加工时非常重要的直接影响到切削力的大小以及切削热。

前角大，切削力和摩擦力减小，但前角过大会使刀具强度减弱，散热慢。一般车削钢材料的薄壁零件时用高速钢刀，前角取5°～25°，用硬质合金刀具，前角取10°～20°。

后角大，切削力和摩擦力减小，但后角过大会使刀具强度减弱。一般车削钢材料的薄壁零件时用高速钢刀，后角取5°～10°，用硬质合金刀具，后角取4°～8°。粗车时取较小的后角，精车时取较大的后角。

主偏角在40°～90°，副偏角取10°～15°粗车时取较大的副偏角，精车时取较小的副偏角。

切削用量在我们实验中发现：如果同时增大背吃刀量和进给量，切削力也就增大，变形也增加，如果增大进给量，较小背吃刀量会导致表面粗糙，内应力也增大。所以通过大量的实验得出了数控车削合理的车削用量。

粗车外圆时，一般主轴转速S取500～800r/min，进给速度F取100～120留精加工余量0.1～0.3mm.精车外圆时，一般主轴转速S取1500～2000r/min，进给速度F取120～150采用一次走刀完成。

2.4制定合理的数控加工工艺方案

要提高薄壁零件的数控加工精度必须制定和加工工艺方案首先认真的对零件图纸进行分析、合理的选择加工顺序、加工位置、工序的划分、走刀路径以及余量分配等。此外可以利用数控机床的特点采用数控高速切削加工，在高速切削加工中90%的切削热都被切削带走。减少零件的热变形从而提高零件的加工精度。

3.薄壁零件数控车工加工的内外螺纹

目前数控车床对外加工中图1所示的零件是难度系数比较大的，从图1的材料以及要求我们可以看出，图1零件的加工难度有两方面，第一，零件为薄壁零件，所以它的部分螺纹只有2mm的厚度，45号钢为原材料，生产批量比较多。第二，零件为薄壁零件，所以它的部分螺纹只有2mm的厚度，并且零件精度比较高，波比螺纹加工的编程一般采取G76与G92的联合方法，也就是说螺纹切削需要先用G76斜进式进刀进行粗加工，然后在用螺纹切削G92循环直进刀进行精加工。这种方式的加工不仅可以有效的对螺纹加工精度进行保证，还可以有效的避免切削量过大导致的薄壁变形。

3.1夹具设计的优化

薄壁零件的相对重量比较轻、强度比较低以及刚性比较差，使得薄壁零件的常规装夹方法给工件造成因为热变形和轴向切削力引起的弯曲、变形，为了改这一现状就必须拥有专用的加工夹具。图2所示的是设计出来的夹具，其中夹具主题是选用45号钢材，58mm处为夹持直径左端，而10×25的孔在右端，同时对螺纹孔M12×1.5用攻丝方法进行加工，加工出20mm的螺纹深度。薄壁工件内孔中M56×1.5、58和夹具中被夾持的右端外圆相互配合、相互对应，成功的让工件在夹具中拥有传递切削力以及定位。

3.2加工步骤

薄壁零件的加工步骤一共有七步，第一，30mm长的装夹毛坯，从平端面一直到加工要求;第二，中心孔的钻取，主要采用钻通孔26号钻头，并用38号钻头进行钻孔的扩张，一直达到35深;第三，切削循环的G73封闭方法，先用G73斜进式进刀进行粗加工，然后在用螺纹切削G73循环直进刀进行精加工;第四，把部分的内螺纹进行加工，加工方法为内螺纹车刀，加工一直到复合尺寸才算完成;第五，掉头，通过夹具来进行装夹，并且把平端面总长控制在53mm左右;第六，R12为车外圆弧，62为外圆柱，61.85为外螺纹地径;第七，螺纹切削需要先用G76斜进式进刀进行粗加工，然后在用螺纹切削G92循环直进刀进行精加工。

4.结束语

本文介绍了影响薄壁零件数控加工精度的因素。通过实际的加工以及实验浅谈了以上提高薄壁零件数控加工精度的工艺措施。希望能够减轻劳动者的劳动强度，在保证加工质量的情况下提高生产效率。

参考文献：

[1]周敏，魏加争.一种薄壁零件数控车工加工工艺[J].科技创新导报，2011（12）：106-107.

[2]张雅琼.薄壁零件车工夹具没计[J].中国高新科技企业，2010（8）：37-36.