薄壁零件数控车削加工工艺分析

赵红昭

[摘 要]在机械加工制造过程中，薄壁零件的数控加工是常见的加工形式之一，其加工工艺的选择对于加工精度具有十分重要的作用。文章就此探讨了薄壁零件数控车削加工工艺内容，具体工艺方案分析参考文章内容。

[关键词]薄壁零件；数控车削；加工工艺

金属薄壁零件具有结构紧凑、重量轻以及节省材料等的特点，其在生产过程中得到了广泛应用。由于零件壁薄，强度较弱，刚性差，导致其在加工过程中容易出现变形现象，质量难以保证。因此，在实际加工的过程中，加工人员需要设计专用的工装夹具，制定出切实可行的加工工艺措施，以减少加工变形，保证工件的加工质量，提高加工效率。

一、影响薄壁零件加工精度因素分析

影响薄壁零件加工精度的因素是多方面的，机床、刀具、工件以及工件的装夹、切削过程的切削力、切削热等都会引起零件的加工误差。具体因素分析见图1所示。

二、薄壁零件的工艺分析

某型号产品的薄壁套筒零件见图2。该零件为小批量生产，材料为1Cr18Ni9Ti，毛坯为￠110mm×180mm，长度公差为±0.3mm，表面粗糙度为1.6μm，最薄壁厚仅为0.3mm，是一个典型的薄壁零件。

加工难度分析：

该零件的加工材料属于不锈钢，其切削加工性较差，相对可切削性约为0.3～0.5之间，是一种难切削材料，其难加工性主要表现在为：首先，塑性、韧性、延伸率、断面收缩率和冲击值都较高，所以切屑不易切离、卷曲和折断，切屑变形消耗的能量增多，且大部分能量转化为热能，使切削温度升高。其次，高温强度和高温硬度高，在700℃时仍不能降低其机械性能，故切屑不易被切离，切削过程中切削力大，刀具容易磨损。再次，加工硬化倾向高，这就增加了工件切削时的摩擦、磨损和切削力，容易使刀具磨损，影响工件的表面粗糙度。最后，切削过程中容易粘刀，形成积屑瘤，从而影响零件表面的加工质量。

该零件筒壁厚度不均匀，最薄壁厚仅0.3mm，最厚处也不过0.9mm。采用常规装夹方法，变形太大，难于保证其尺寸精度，需设计专用工装夹具。

三、加工工艺方案制定

1.加工设备选择。根据零件选用的材料及加工精度和形状的要求，选用SINU-MERIK802D数控系统的CK6140型四工位回转刀架数控车床进行加工。

2.工装夹具的设计方案。通过对零件分析，加工人员需要设计出一套可以外夹也可以内卡的专用夹具。当加工零件的外轮廓时，其利用专用夹具支撑起整个内壁；当加工内孔时，装夹零件的外圆。设计一个与内外圆周接触面较大的夹爪，使用原有机床上的卡盘，将夹爪安装在卡盘上，沿用机床本身的气压夹紧，增大夹具与工件的接触面积，减少加工变形的产生。

3.刀具的选择。薄壁管零件在车削的过程中，合理使用刀具的几何参数对车削时产生的热变形、切削力的大小还有工件表面微观质量都是非常重要的。主要考虑以下几点的影响：

第一，前角的影响：前角增大，则切削力就变小，进而使得切削变形和摩擦力减少，但是前角过大，楔角减小，刀具强度减弱，导致刀具散热变差，磨损加快；

第二，后角的影响：刀具后角增大，刀具摩擦力变小，切削力也变小，但后角过大，会减弱刀具强度；

第三，主偏角的影响：改变主偏角的大小可以调整径向切削分力和轴向切削分力之间的比例，主偏角增大时，径向切削分力减小，轴向切削分力增大，车薄壁零件内外圆，一般选取较大主偏角；

第四，其他参数的影响：在进行精加工的时候，要求其刀柄刚度要高，车刀的修光刃不能够太长，且车刀刀刃一定要锋利。其具体的选择如表1所示。

4.切削用量的选择。在进行薄壁零件的加工过程中，若是切削用量选择的不合理，则很容易产生表面应力，影响工件的表面质量，并且还会产生大量的切削热，增大工件的变形程度，所以切削用量的选择至关重要。对于该零件，镗内孔和车外圆时取线速度为120～150m/min；粗加工进给速度取0.2～0.3mm/r，精加工进给速度取0.05mm/r；粗加工背吃刀量取1～2mm，精加工背吃刀量取0.2～0.5mm。

5.走刀路线确定。为保证内外轮廓尺寸要求，综合考虑走刀路线先加工内孔，再利用芯轴固定，加工外圆轮廓。

6.加工工序确定

第一， 三爪卡盘，夹持外圆，粗车左端面；第二，粗车外圆￠102mm长127mm；第三，调头装夹定总长152mm；第四， 粗车外圆台阶轮廓￠71*25mm第五，钻通孔￠66至155mm长；第六，扩孔至￠98mm；第七，半精车去除内孔余量全部预留0.5mm，便于精加工；第八，精加工内孔至图样尺寸；第九，装上涨力芯轴，把作为装夹基准，半精加工外形面留0.3mm余量。第十，精加工外圆￠69.8、￠100.7mm。

四、結语

综上所述，在进行薄壁零件加工的过程中，为了减少加工变形，提高加工精度，相关加工人员需要设计出合理的加工方案，在确保加工质量的基础之上，提高加工效益。

参考文献：

[1]庄燕.薄壁零件的数控车削加工[J].精密制造与自动化，2017（04）：63-64.

[2]张祥.数控加工工艺设计原则及步骤分析[J].内燃机与配件，2017（8）：84-85.