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薄壁類零件的數控車削

2013-5-5 來源：作者：

筆者在校工作期間參與了薄壁產品的加工研究，使用的數控機床是CK7525（寶雞機床有限公司，系統為FANUC0i ），從而掌握了薄壁孔零件的加工。產品的形狀如圖1 所示。該產品是用于航空機械上面的一個零部件，孔壁很薄，且直徑比較大，加工精度要求高，給加工帶來了較大的難度。產品的材料是2024，它是一種典型的硬鋁合金。其強度高，綜合性能好，具有良好的抗疲勞強度和良好的切削加工性能，但是抗腐蝕性較差。由于該產品壁厚最小處達到2.16mm ，且前端的壁厚要求均勻，給切削加工帶來了較大的難度。

　　為了在數控車床上加工該產品，使其達到要求，我們制定了合理的工藝流程，并且設計了一些專用夾具和具有特色的圓圈套。本文主要從工藝分析、夾具設計及加工步驟三方面對該產品的加工過程進行闡述。

　　1. 工藝分析

　　從外形來看，這個零件屬于回轉體薄壁零件。我們主要考慮先在臥式車床上進行粗加工，然后在數控車床上進行半精加工和精加工完成工件。同時必須考慮這個零件的以下特性：

　　（1 ）裝夾的時候，由于工件比較薄，為了避免裝夾產生變形，下料的時候比工件長50mm左右，從而在毛坯的位置夾緊。

　　（2 ）工件壁薄，在加工的時候容易受切削力的影響而變形，因此必需使用新的夾具裝夾工件。

　　（3 ）工件的直徑較大，切削的時候產生很大的熱量，造成工件變形。

　　2. 工藝流程

　　經過一段時間的試制和工藝流程的不斷改進，最終確定了一份行之有效的工藝流程。

　　（1 ）下料階段，為了防止裝夾使工件產生變形，選用外圓為φ 270m m，內孔直徑為230m m的套類毛坯，長度為250mm（預留50mm 裝夾位置）。

　　（2 ）在臥式車床上進行粗加工，車平兩邊端面，保證工件長度為247mm，便于進行加工定位。同時加工外圓和內孔處的錐度。

　　（3 ）進行熱處理，消除工件的內應力，提高綜合性能。

　　（4 ）在數控車床上半精加工外形，此過程采用尾座頂住工件的右端面。加工過程要充分冷卻，裝夾的時候采用反軟爪裝夾工件。

　　（5 ）拆下工件，進行時效處理，消除工件的內應力。

　　（6 ）使用塑膠圓圈套住工件的外圓，半精加工工件的內腔。

　　（7 ）拆下工件，進行時效處理，消除工件的內應力。

　　（8 ）使用塑膠圓圈套住工件的外圓，精加工工件的內腔達到合格尺寸。

　　（9 ）拆下工件，進行時效處理，消除工件的內應力。

　　（10）重新裝夾，采用專用夾具裝夾工件，精加工工件的外形至合格尺寸。

　　（11）切斷工件，切斷防止工件變形，切斷刀寬度為1mm。

　　由于工件壁厚只有2.16mm ，并且加工的直徑較大，金屬的膨脹系數大，如果半精車和精車在一次裝夾中連續車削，所產生的切削熱會對工件的尺寸精度影響極大，甚至會使工件卡死在夾具上拆不下來。所以為了避免進行精加工時出現較高的溫度，我們選用較低的轉速進行精加工，同時把半精加工和精加工分開，且把內孔和外圓的加工也分開。時刻注意工件的溫度變化對尺寸精度產生影響。同時在加工的時候為了消除工件的內應力，加工完成后進行時效處理。

　　3. 夾具設計

　　由于產品的批量不是很大，對本產品的加工設計了兩套輔助夾具，一個是簡單的塑膠圓圈，另一個是簡單輔助夾具。現對兩個夾具的分析如下：

　　（1 ）塑膠圓圈裝夾車削（見圖2 ）。塑膠圓圈1 放置在工件的中間位置，防止內孔車刀加工到中間位置產生變形；塑膠圓圈2 放置在前端的小圓弧處，防止進刀的時候產生變形。

　　（2 ）簡單輔助夾具設計，如圖3 所示。精加工外圓時，由于孔壁非常薄，加工中很容易產生變形，因此設計了一套簡單夾具，成本很低。裝夾時首先把心軸打進數控機床的主軸孔內，再把工件放到自定心卡盤上面，此時輕微的夾緊；接下來放入塑料墊圈，放的時候要與心軸的錐度進行一定的配合，然后再把鋁合金墊塊（彈簧與墊塊是連在一起的）放上去；最后采用回轉頂尖頂住，回轉頂尖不能用太大力，否則會發生變形；最后夾緊自定心卡盤，完成工件的裝夾。