薄壁深孔零件在卧式数控车床上的加工方法

张维萍

[摘 要]工业中广泛使用薄壁件，尤其航空工业更是广泛应用，但是由于其加工工艺性差，在切削力、残余应力、切削热、夹紧力等因素影响下，薄壁件易出现变形，不易控制加工精度。通过分析薄壁件加工过程中引起变形的因素，改变工件的夹紧方式和定位基准，设计制作工件并加工验证，得出加工薄壁件的合理工艺安排，可以解决工件变形问题，从而保证加工质量，提高加工效率。

[关键词]薄壁深孔；零件；卧式数控车床；加工

[中图分类号] G71 [文献标识码] A [文章编号] 1674-6058（2018）21-0086-03

一、薄壁深孔零件的加工特点

在车削薄壁深孔零件的过程中，可能产生以下现象：

1.工件壁薄，在夹紧力的作用下易产生变形。当用三爪卡盘夹紧工件加工内孔时，在夹紧力的作用下，工件会略变成三角形，但车孔后得到的是一个圆柱孔。当松开卡爪，取下工件后，由于弹性变形恢复，外圆恢复成圆柱形，而内孔则变成弧形三角形。当用千分尺测量时，各个方向直径相等，但已变形不是内圆柱面了，这种现象称为等直径变形。

2.工件壁薄，切削熱会引起工件热变形。对于线膨胀系数较大的金属薄壁工件，若在一次安装中连续完成半精车和精车，这种热变形会严重影响其尺寸精度，甚至会导致工件卡死在夹具上。

3.因切削力作用，工件易产生振动和变形，从而影响工件的形状、尺寸和表面质量。

二、减少和防止薄壁深孔零件加工变形的方法

1.合理选择刀具的几何角度。车削薄壁零件时，刀具几何角度对切削力的大小、热变形、工件表面质量都有着极大的影响。刀具前角大小，决定着切削变形与刀具前角的锋利程度。若前角大，则切削变形、摩擦力和切削力减小，但前角太大会使刀具的楔角减小，刀具强度减弱，刀具散热情况差，磨损加快；若后角大，则摩擦力小，切削力也减小，但后角过大会使刀具强度减弱。

2.加工方法。粗车时，因切削余量较大，夹紧力和变形相对较大；精车时，夹紧力应小些，以消除粗车时因切削力过大而产生的变形。

3.增大装夹接触面积。为了使夹紧力在工件上均匀分布，使工件夹紧时不易产生变形，可采用开缝套筒或一些特别的软卡爪，以增大接触面。

4.夹紧方法。车薄壁工件时，为了避免产生夹紧变形，优先选用轴向夹紧的方法，使工件靠轴向夹紧套的端面实现轴向夹紧，让夹紧力F沿工件轴向分布。

5.合理确定切削用量。切削力的大小与切削用量密切相关，切削用量三要素是背吃刀量ap，进给量f，切削速度v。若增大背吃刀量和进给量，切削力和变形逐渐增大，导致薄壁零件车削起来越发困难；若减小背吃刀量，增大进给量，切削力下降，使工件表面残余内应力增大，仍导致零件出现变形。因此，粗车时，背吃刀量和进给量可稍取大些；精车时，背吃刀量应控制在0.1～0.2mm/r，切削速度6～120m/min。只要合理确定这三要素，便可减少工件的热变形。

6.增加工艺肋，为增强薄壁深孔工件在其装夹部位的刚性，可在其装夹部位特制几根工艺肋，使夹紧力作用在工艺肋上，以减少工件的变形。加工完毕后，再去掉工艺肋。

例如，某零件是LF3M材料，其壁厚在1.5mm，材料为软铝，要是稍微不注意，就会引起加工误差，或者直接报废，因此加工难度比较大，属于比较难加工的薄壁深孔零件，在其加工过程中要运用到薄壁深孔零件加工的一些基本技巧。下面就以此零件为例分析薄壁深孔零件的加工过程以及加工过程中应注意的事项。

[工序一]由于来的材料是棒料Φ107*204，因此首先要确定加工基准，见图1。由于此工序是粗加工工序，所以车削时可以采用较大的背吃刀量和较大的切削速度。

[工序二]调头夹Φ60圆，平端面，车外圆，见图2。该工序同样是粗车，与工序一的车削选用同样的参数。

[工序三]由于所需钻的孔太长，为了方便加工，所以钻孔工序单独加工，见图3。

[工序四]粗车内型面，见图4。加工此工序时要用开缝套筒，或者接触面比较大的软爪装夹，这样就能增大接触面积，在粗车完成后，零件的变形量相对减少，利于精车的加工。

[工序五]精车内型面，同时车外圆跟外螺纹，见图5。加工此工序时要用接触面积比较大的软爪，选择刀具时要选择锋利一点的，刀尖半径小一点的。夹紧零件时用力要适中，防止加工完成后，卸下零件时，零件发生变形。

[工序六]车外型跟环形槽，见图6。（注：用心轴加工此工序）

对于以上的加工方法要注意以下几个方面：

1.在工序四中，加工内型面时由于内型面比较长，对于刀具的选择应尽量选择刀杆粗的，这样能减小车削时的震动。

2.在工序五中，精车内型面时夹紧力要调到最小，加工的时候要低转速慢进给，刀具要选择锋利一点的，刀尖半径小一点的，圆爪要尽量用大一点的，使接触面积尽量增大，防止变形。

3.在工序中最重要的是心轴的制作，下面对于制作心轴的方法以及注意事项进行介绍。

制作定位心轴最好采用碳钢。在此选用45号优质碳钢来进行心轴的制作。

制作方法如下：

（1）车定位面，以及M27*1.5的螺纹。如图7。

（2）装夹找正后，车阶梯轴，跟M33*1.5-L螺纹。如图8。

（3）车心轴与零件连接的螺母。如图9。

（4）车心轴的圆弧部分，如图10。此部分车削时先加工螺纹部分，然后与图8的螺纹部分配合之后再将R51.23跟R70.23车削完成，这样能保证心轴的同轴度。

本自制夹具中应注意M33*1.5的螺纹要用左旋螺纹。为了方便装夹，最好用多头螺纹，这样装卸速度加快，在使用本夹具之前要用百分表找正，由于该零件比较长，所以在用该心轴时为了加强刚性，零件装夹完成后用尾座顶尖顶住心轴，使其有较好的刚性。如图11、 图12所示。

本文阐述了薄壁深孔零件在卧式数控车床上的加工方法，主要围绕其加工特点、减少和防止加工变形的方法、加工难点分析以及数控车削薄壁件参数的选择这几个方面进行阐述，最终确定了薄壁深孔件的加工工艺及相关的注意事项。经实践证明，该加工工艺切实可行，能保证薄壁组合件的技术要求和装配质量都满足图纸要求。

（责任编辑 周侯辰）