一种回转薄壁类工件加工实践教学探索

杨 萍，徐 亮，王金凤

(安徽机电职业技术学院 机械工程学院，安徽 芜湖 241000)

1 引言

实训中所加工的工件通过观察可以直接理解，薄壁零件即为零件的壁厚通常不大于3 mm的零件。然而在实际生产和加工过程中，工件极易变形，并且还伴有切削振动等问题。在加工过程中，若产生非常大的噪声，那么振动就会愈加激烈，从而给工件加工带来更大阻力。因此，本实训主要针对该类零件的加工工艺及切削参数等方面进行了设计研究，并通过FANUC 0i MD数控系统的CK6140型数控车床加工进行实操验证。

2 实训准备

2.1 实训目的

(1) 学会识读零件图纸，根据图纸要求来制定加工方案及选择合理的切削参数。

(2) 掌握加工指令的格式，并能很好的编程应用。

(3) 熟练数控机床的操作要领以及操作过程。

(4) 学会零件的加工以及测量方法，保证工件的加工精度达到图纸要求。

(5) 遵守安全生产守则，提高职业素养。

2.2 实训设备

根据零件图纸的要求，包括工件的材料、尺寸精度以及形位公差等技术要求，这里主要利用FANUC数控机床有限公司生产FANUC 0i MD的CK6140型四工位回转刀架数控车床来实训加工。

2.3 根据零件图纸确定毛坯

零件如图1 所示，材料为45钢，根据图纸尺寸要求，毛坯尺寸选择 Φ62 mm×50 mm。

3 实训步骤

3.1 工件装夹方式

结合图纸上的尺寸及技术要求，可以直观的看到零件壁最小的厚度只有0.8 mm，而在加工该零件时容易因切削力而产生工件的变形等问题。所以为了使得内孔直径在加工时达到图纸尺寸要求，可以采用锥体与主轴锥孔相配合的方式来装夹该薄壁件，以保证工件的装夹稳定、牢靠，同时拆卸还很方便。

图1 零件图

3.2 刀具选择

各刀具信息如表1所示。

表1 各刀具信息

3.3 量具选择

各量具信息如表2所示。

表2 各量具信息

3.4 切削用量选择

在利用数控车床加工薄壁零件时，要对加工工艺进行优化，主要在切削三要素上进行优化。由于图纸零件壁尺寸非常薄，如果加工过程中的切削力没控制好，很容易让零件产生加工变形。在粗加工环节，如果刀具和机床条件满足，可以尽量选择大的车削用量和进给速度。在去除毛坯材料时，可以大进给、大直径刀具和大切深进行切削，并保持低速或中等转速。在精加工过程中， 应加强每齿进给量控制，以较小的切深、小直径刀具和高转速、中进给进行切削加工，确保零件保持稳定切削状态，以降低零件所受切削力和切削热，避免零件受到切削变形作用。结合机床性能，可以确定主轴转速，并集合刀具直径、零件材料等参数确定转速。相较于普通车削，车削速度更加快以及直径方向上的切削量相对也较大。而精加工的ap通常取值范围在0.2～0.5 mm 内，f取值范围在 0.1～0.2 mm/r内。相比较而言，切削速度对切削力的影响较小，但是依然需要结合零件直径、材料等因素进行控制，通常在6～120 m/min 范围内。加工时一方面要把切削的速度相对提高，另一方面还要避免车床、工件的共振。此外，刀具容易因切削速度过高而产生很大的磨损，不利于延长刀具使用寿命[1]。刀具磨损造成锋刃磨钝，影响切削，使得切削力不断增大，当机床和工件产生振动时，还会出现“轧刀”等严重情况。可以选择大一点儿的刀具主偏角和前角来减小刀具加工的切削力，同时选择的刀尖圆弧R稍微小一点的车刀。通常的情况下，主偏角为 93°，副偏角在 0°～4°范围内，刀刃倾角在-2°～0°范围。

此类壁厚很薄的车削加工零件在加工过程中很难保证不会变形，所以工件的尺寸要求及外形要求也相对很难保证，要怎样才能确保加工出来的工件符合图纸设计要求，是需要特别注意的地方，也就是如何避免因加工而造成的工件变形。经多次加工实验并分析数据，总结如表3所得的合理切削参数选值，可以相应地减少切削力，避免了工件因切削力过大而产生的加工变形。

表3 切削参数

根据图纸的要求，该工件外圆表面和内孔面的精度要求相对来说还是比较高的，所以要留出精加工的余量，范围取值在0.2～0.4 mm之间即可，s(主轴转速)的选值要参照零件图纸尺寸以及加工选用的刀具参数和性能来选择，这里可以取高转速的切削速度s=1000 mm/min。

3.5 工艺路线

(2)用5号Φ20 mm的钻头钻孔；

(5)用表1中4号刀具在外圆直径φ28mm之处粗、精车加工M30×1.5的内螺纹；

4 参考程序编程

工序1

O0001

T0202 (调用外圆车刀)

M03 S500; (主轴正转，转速600r/min)

G00 X62 Z2; (快速引刀至循环起点)

G71 U1 R1;

G71 P11 Q22 U0.5 W0 F0.5;

(调用G71，粗、精加工工件外轮廓面，用子程序P11 Q22编写轮廓形状)

N11 G00 X42;

G01 Z0 F0.2;

G02 X60 Z-16.703 R20;

N22 G00 Z-47;

G70 P1 Q2; (取消循环指令)

G00 X100; (快速退刀至安全点)

Z100;

M30; (程序结束)

工序3

O0002

T0303 (调用镗刀)

M03 S500; (主轴正转，转速600r/min)

G00 X20 Z2; (快速引刀至循环起点)

G71 U1 R1;

G71 P1 Q2 U-0.5 W0 F0.5;

(调用G71，粗、精镗加工工件内轮廓，用子程序P1 Q2规定内轮廓形状)

N1 G00 X50; (快速引刀至循环起点)

G01 Z-21 F0.2;

X30;

X28 Z-22;

N2 Z-48;

G70 P1 Q2; (取消循环指令)

G00 Z200; (快速退刀至安全点)

M30; (程序结束)

工序6

O0003

T0404 (调用内螺纹刀)

M03 S500; (主轴正转，转速600r/min)

G00 X26 Z2; (快速引刀至循环起点)

G92 X28.5 Z-47 F1.5;

(调用G92螺纹固定循环指令)

X29;

X29.5;

X29.8;

X30;

X30;

G00 Z200; (快速退刀至安全点)

M30; (程序结束)

5 结论

通过以上步骤来加工此薄壁件，本实训中的零件则需要分两次装夹才能完成加工，那么在装夹过程中就要对三爪卡盘精确校正。否则，会影响加工零件出现形位误差。

结合本实训，由于该类零件在加工过程中会因切削力、装夹时夹具的夹紧力以及工件的弯曲和扭曲等因素而产生变形。针对以上问题对该类零件仍需进行加工工艺的优化，对夹具也得进行适当修改和设计以及刀具和切削用量的合理选择。本实训报告中给出的FANUC 0i MD数控系统的CK6140型数控车床编程，简便、容易掌握，学生能很快熟练上手、实际操作。另外，本实训方案还可针对实际生产加工此类零件有一定的参考指导作用。