数控车工论文(薄壁零件加工)

-1-数控车高级技师论文浅谈如何提高薄壁零件的加工精度姓名：XXXXXX身份证号：XXXXXXXX所在省市：XXXXXXX所在单位：XXXXXXXX-2-摘要：针对影响加工薄壁零件精度不高等因素，分析了如何提高薄壁零件的加工精度，给出解决问题的具体方法。关键词：薄壁零件加工精度-3-理想的加工程序不仅应保证加工出符合图样的合格工件，同时应能使数控机床的功能得到合理的应用和充分的发挥。数控机床是一种高效率的自动化设备，它的效率高于普通机床数倍。所以，要充分发挥数控机床的这一特点，必须熟练掌握其性能、特点、使用操作方法，同时还必须在编程之前正确地确定加工方案。在数控机床加工过程中，由于加工对象复杂多样，特别是轮廓曲线的形状及位置千变万化，加上材料不同、批量不同等多方面因素的影响，在对具体零件制定加工方案时，应该进行具体分析和区别对待，灵活处理。只有这样，才能使制定的加工方案合理，从而达到质量优、效率高和成本低的目的。在对加工工艺进行认真和仔细的分析后，制定加工方案的一般原则为先粗后精，先近后远，先内后外，程序段最少，走刀路线最短，由于生产规模的差异，对于同一零件的加工方案是有所不同的，应根据具体条件，选择经济、合理的工艺方案。在实际生产加工中，我们经常会遇到薄壁类零件的加工。薄壁零件具有重量轻，节约材料，结构紧凑等特点。但薄壁零件的加工是车削中比较棘手的问题；原因是薄壁零件刚性差、强度低，在加工中极容易变形，无论是切削热过高、切削力过大及夹紧力过大都会使零件的形位误差增大，不易保证零件的加工质量。对于此类零件，我们可利用数控车床高加工精度及高生产效率的特点，并充分地考虑工艺问题对零件加工质量的影响，对工件的装夹、刀具几何参数、-4-程序的编制等方面进行试验，有效地克服薄壁零件加工过程中出现的变形，从而保证零件加工精度,提高薄壁零件的质量。分析过程如下：一、分析及改进方法（一）影响薄壁零件加工精度的因素1、易受力变形：因工件壁薄，在夹紧力的作用下容易产生变形，从而影响工件的尺寸精度和形状精度，而且切削用量和刀具的几何角度的选取也重要，否则工件会因过大的切削力出现变形。(如图1所示)图12、易受热变形：因工件较薄，不易散热，切削热会引起工件热变形，使工件尺寸随温度变化而很难控制。3、易振动变形：在切削力（特别是径向切削力）的作用下，容易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度、形状、位置精度和表面粗糙度。（二）、如何提高薄壁零件的加工精度如图2所示的薄壁零件，是我用数控车床加工的产品中难度较大的零件，为了提高-5-产品的合格率，我从工件的装夹、刀具几何参数、程序的编制等方面进行综合考虑，实践证明，有效提高了零件的精度，保证了产品的质量。1、分析工件特点从零件图样要求及材料来看，加工此零件的难度主要有两点：(1)因为是薄壁零件，材料为45号钢，批量较大，既要考虑如何保证工件在加工时的定位精度，又要考虑装夹方便、可靠，而我们通常都是用三爪卡盘夹持外圆或撑内孔的装夹方法来加工，但此零件较薄，车削受力点与夹紧力作用点相对较远，还需车削M24螺纹，受力很大，刚性不足，容易引起工作圆跳动，因此要充分考虑如何装夹定位的问题。(2)螺纹加工部分厚度不足2mm，而且精度要求较高。目前常用的数控系统螺纹编程指令有G32、G92、G76。G32是简单螺纹切削，显然不适合；G92螺纹切削循环采用直进式进刀方式，如图3所示，刀具两侧刃同时切削工件，切削力较大，而且排削困难，因此在切削时，两切削刃容易磨损。在切削螺距较大的螺纹时，由于切削深度较大，刀刃磨损较快，从而造成螺纹中径产生误差，但其加工的牙形精度较高；G76螺纹切削循环采用斜进式进刀方式，如图4所示，单侧刀刃切削工件，刀刃不易损伤和磨损，但加工的螺纹面不直，刀尖角发生变化，而造成牙形精度较差。从以上对比可以看出，只简单利用一个指令进行车削螺纹是不够完善的，采用G92、G76混用进行编程，即先用G76进行螺纹粗加工，再用G92进精加工，在薄壁螺纹加工中，-6-将有两大优点：一方面可以避免因切削量大而产生薄壁变形，另一方面能够保证螺纹加工中的精度。.图3G92直进式加工图4G76斜进式加工2、优化夹具设计由于工件较薄，刚性较差，如果采用常规方法装夹工件及切削加工，将会受到轴向切削力和热变形的影响，工件会出现弯曲变形，很难达到技术要求。因此，需要设计出一套适合上面零件的专用夹具，如图5所示。图53、合理选择刀具几何参数前角越大，切屑变形减小，切削力亦小、切削越平稳。主偏角增大，则径向切削力减小，振幅亦减小，不易产生颤振。后角不宜过大，使刀具刚性增加，振动变能减弱，但后角的减小要避免刀具后刀面与工件产生摩擦，而引起振动。刀尖圆角半径增大，则切削力亦增大，容易引起颤振，但圆角半径太小，要影响表面粗糙度和刀尖强度，故-7-必须兼顾各种影响。4、合理选择切削用量主轴转速越高，切削时工件越容易产生颤振，低速车削时不易产生颤振。走刀量越小，则切削厚度越薄，越容易引起颤振，适当加大走刀量，可使振幅减小。背吃刀量越大，振动时引起切削力的波动越大，越容易引起颤振。二、加工解决加工精度问题是该工件加工成败的，应从刀具、切削参数、工件的装夹及加工过程几方面入手解决。1、刀具刃磨刃磨三把精加工外圆刀、内孔刀和螺纹刀。都必须刃磨锋利，切削刃平直光洁，三把刀的刀尖圆弧都为R0.2。刀具材料为YT15。刃口的强度和韧性好，容易磨出锋利的刃口，图6-8-且适合优质碳素结构钢的精加工。（1）内、外圆车刀外圆刀为普通机加刀具，刀头材料为YT15。工件材料为45#钢抗拉强度为598Mpa，主偏角为93°是考虑减小径向力，同时兼顾刀尖的强度。前角为10°，两个后角相同为6°,刃倾角为7°，副偏角为8°,横刃宽度为0.1mm,刀尖圆弧为0.2mm,断屑槽宽度为3mm深度为1.5mm，断屑槽必须和刃倾角和主切削刃为平行关系这样就可以保证切屑打卷顺利排屑。如图6所示。（2）螺纹车刀由图2可知，螺纹为M24X1.5,可计算出螺旋升角约为1.19°螺纹车刀的工作后角一般为3°～5°。那么就可以根据公式计算出左侧切削刃的刃磨后角为5.19°,右侧切削刃的刃磨后角为2.81°，背前角为0°，可以将前刀面磨为如图7所示的弧形，这样有利于排屑并且可以增加刃口锋利，但是两侧切削刃必须平直并且要和刀杆平行。图72、切削用量选择（1）背吃刀量的选择轮廓半精车背吃刀量为0.5mm，精车背吃刀量为0.25mm。螺纹-9-粗车采用复合型螺纹切削循环G76指令编程，进刀方式为斜进法并且切深逐次减少（第一次为△d、第n次就为△dn-△d）螺纹切削第一刀背吃刀量选择为0.4mm，并给G92预留精加工余量为0.1mm。（1）主轴转速的选择精车切削速度υc=120m/min经过计算主轴转速为（精车工件直径为D=24mm）1200r/min。车螺纹时，主轴转速为320r/min。（2）进给速度的选择编程用G99每转进给，精车时进给量选择为0.1mm/r。3、工件的装夹（1）内孔加工时采用软爪装夹。在软爪的加工过程中，应注意软爪的内孔应比工件的外径大0～0.05mm,，软爪对工件的包容面积应在90﹪～95﹪之间，这样就会使工件受力点均匀分布在工件的表面。用软爪的端面进行轴向定位，软爪端面的加工应与软爪内孔的加工在一次装夹中完成，并且要保证软爪端面与内孔垂直，这样既可以提高定位精度，又可以减少工件在加工时因受力不均匀而产生变形。图8（2）外部加工时采用图9所示的装夹方式。此工装采用普通锰含量钢，牌号为60﹟，因为此钢具有相当高的强度和弹性，在加工时应注意，夹具体的外部台阶和内锥面及孔应为一次装夹完成，并且-10-加工完成后不能拆卸，夹具体的外圆应比工件的内孔尺寸小0.05～0.1mm，这样便于装夹。夹具体的壁厚为3mm的锥孔，锥半角为2°，锥长为39mm。小沟槽的作用是为了加工工件左端面时不切上夹具体。拉杆上的锥半角同样为2°，锥长为35mm，并且前端锥面应与后端的杆部同轴，这样才能保证工件内孔与外圆的同轴度。工作的装夹过程为，先将工件装在胀紧套上，并且工件的左端面，应与夹具体的台阶端面贴紧。然后装入拉杆，在主轴后端用螺母副给拉杆施加轴向拉力，在拉动拉杆的同时，靠拉杆外圆锥面与胀紧套的内圆锥面配合，使胀紧套受力变形。胀紧套外边又与工件内孔的配合，从而对工件进行夹紧。4、加工过程工件的粗加工全部在普通车床上加工，粗车外圆至Φ49mm和Φ25mm、粗车内孔至Φ18.5mm、长度留1mm余量，下文只讲在数控车床上的精加工。图2所示-11-（1）左端面、大外圆及内孔精加工采用图8所示的装夹方式进行装夹，但是在装夹时夹紧力不易过大，以免因夹紧力过大而引起工件变形，夹紧力应选取适当。精车左端面，车出即可。精车Φ4805.00mm外圆，长度大于3mm及左边的未注倒角0.2X45°达图纸要求。然后对内孔进行半精加工，尺寸为Φ19.5mm，给精加工留0.5mm余量，主要考虑刀尖圆弧半径，让主要切削力方向为轴向力，这样才会使工件因受切削力变形最小。最后精加工内孔Φ2005.00mm及倒角达图纸要求。（2）右端面、大台阶右端面、小外圆精加工及螺纹粗、精加工采用图5所示的装夹方式进行装夹，但是装夹时拉杆的拉力不易过大，以免因拉力过大而引起工件变形，夹紧力应选取适当。精车右端面，定总长为图纸尺寸。精车大台阶右端面，车至图纸尺寸。接下来对小外圆进行半精加工，应考虑精加工余量。由于小外圆部分要加工外螺纹，而实际加工中外螺纹的大径应减小0.1P，这样便于螺纹装配,同时要保证精加工余量0.5mm.精加工余量取0.5主要考虑刀尖圆弧半径，让主要切削力方向为轴向力，这样才会使工件因受切削力变形最小。然后精加工小外圆Φ8.2305.00mm及倒角达图纸要求。最后进行外螺纹的粗、精加工，粗加工时采用图4所示的进刀方式进行加工，而精加工时采用图3所示的进刀方式进行加工。三、加工效果加工成形的工件经检测，未发现变形，粗糙度、尺寸及形位公差等均能达到图纸要求，实践证明用此方法加工比较合理。-12-四、小结经过以上分析和加工，我对薄壁类零件的加工有了较深的认识和掌握。总的来说，加工薄壁类零件主要应考虑的因素为装夹方法和减小变形，其次就根据工件材料、刀具几何参数、机床性能和切削力等方面进行全面分析，最后优化设计加工方案。对同类零件的加工有一定的借鉴作用。在日后的零件加工中，我将继续总结提高，进一步提高各种切削加工技能。参考文献：1、机械制造工艺与设备1999.5闫世才安平北京中国劳动社会保障出版社2、北京第一通用机械厂机械工人切削手册（第六版）机械工业出版社3、数控加工工艺学劳动和社会保障部教材办公室组织编写中国劳动社会保障出版社4、数控机床用户手册北京凯恩帝数控技术公司