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數(shù)控車床論文|如何提高薄壁零件的加工精度
摘要：針對影響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，給出解決問題的具體方法。關(guān)鍵詞：薄壁零件 加工 精度
1 前言
薄壁零件已日益廣泛地應(yīng)用在各工業(yè)部門，因?yàn)樗哂兄亓枯p，節(jié)約材料，結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)。但薄壁零件的加工是車削中比較棘手的問題，原因是薄壁零件剛性差，強(qiáng)度弱，在加工中極容易變形，使零件的形位誤差增大，不易保證零件的加工質(zhì)量。對于批量大的生產(chǎn)，我們可利用數(shù)控車床高加工精度及高生產(chǎn)效率的特點(diǎn)，并充分地考慮工藝問題對零件加工質(zhì)量的影響，為此對工件的裝夾、刀具幾何參數(shù)、程序的編制等方面進(jìn)行試驗(yàn)，有效地克服薄壁零件加工過程中出現(xiàn)的變形，保證了加工精度，為今后更好的加工薄壁零件提供了好的依據(jù)及借鑒。
2 影響薄壁零件加工精度的因素
�。�1）易受力變形：因工件壁薄，在夾緊力的作用下
容易產(chǎn)生變形，從而影響工件的尺寸精度和形
狀精度；（如圖1所示）
�。�2）易受熱變形：因工件較薄，切削熱會引起工件熱變形，使工件尺寸難于控制；
�。�3）易振動變形：在切削力（特別是徑向切削力）
的作用下，容易產(chǎn)生振動和變形，影響工件的
尺寸精度、形狀、位置精度和表面粗糙度。
圖1
3 如何提高薄壁零件的加工精度
圖2所示的薄壁零件，是我校用數(shù)控車床對外加工產(chǎn)品中難度較大的零件，為了提高產(chǎn)品的合格率，我們從工件的裝夾、刀具幾何參數(shù)、程序的編制等方面進(jìn)行綜合考慮，實(shí)踐證明，有效提高了零件的精度，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。
圖 2
3.1 分析工件特點(diǎn)
從零件圖樣要求及材料來看，加工此零件的難度主要有兩點(diǎn)：
�。�1）主要因?yàn)槭潜”诹慵�，螺紋部分厚度僅有4mm,材料為45號鋼，批量較大，既要考慮如何保證工件在加工時的定位精度，又要考慮裝夾方便、可靠，而我們通常都是用三爪卡盤夾持外圓或撐內(nèi)孔的裝夾方法來加工，但此零件較薄，車削受力點(diǎn)與加緊力作用點(diǎn)相對較遠(yuǎn)，還需車削M24螺紋，受力很大，剛性不足，容易引起晃動，因此要充分考慮如何裝夾定位的問題。
�。�2） 螺紋加工部分厚度只有4mm,而且精度要求較高。
目前廣州數(shù)控系統(tǒng)GSK980T螺紋編程指令有G32、G92、G76.G32是簡單螺紋切削，顯然不適合； G92螺紋切削循環(huán)采用直進(jìn)式進(jìn)刀方式，如圖3所示，刀具兩側(cè)刃同時切削工件，切削力較大，而且排削困難，因此在切削時，兩切削刃容易磨損。在切削螺距較大的螺紋時，由于切削深度較大，刀刃磨損較快，從而造成螺紋中徑產(chǎn)生誤差。但由于其加工的牙形精度較高；G76螺紋切削循環(huán)采用斜進(jìn)式進(jìn)刀方式，如圖4所示，單側(cè)刀刃切削工件，刀刃容易損傷和磨損，但加工的螺紋面不直，刀尖角發(fā)生變化，而造成牙形精度較差。
從以上對比可以看出，只簡單利用一個指令進(jìn)行車削螺紋是不夠完善的，采用G92、G76混用進(jìn)行編程，即先用G76進(jìn)行螺紋粗加工，再用G92進(jìn)精加工，在薄壁螺紋加工中，將有兩大優(yōu)點(diǎn)：一方面可以避免因切削量大而產(chǎn)生薄壁變形，另一方面能夠保證螺紋加工工的精度。
圖3 G92直進(jìn)式加工
圖4 G76斜進(jìn)式加工
3.2 優(yōu)化夾具設(shè)計(jì)
由于工件較薄，剛性較差，如果采用常規(guī)方法裝夾工件及切削加工，將會受到軸向切削力和熱變形的影響，工件會出現(xiàn)彎曲變形，很難達(dá)到技術(shù)要求。因此，需要設(shè)計(jì)出一套適合上面零件的專用夾具，如圖5所示。
圖5
對夾具結(jié)構(gòu)說明：
（1） 件1為夾具主體，材料為45號鋼，左端被夾持直徑為80mm,可用來夾持工件的內(nèi)孔直徑范圍為20-30mm;
�。�2） 件2為拉桿，材料為45號鋼，直徑為21毫米，剛好與薄片工件上的Φ21孔對應(yīng)配合，使工件在夾具中定位及傳遞切削力；
（3） 件3為已加工完左端面和內(nèi)孔的工件，裝夾的時候注意工件與夾具體1的軸向夾緊配合。
�。�4） 小溝槽的作用：在工件調(diào)頭裝夾后，為方便控制總長而設(shè)計(jì)，尺寸為5*2mm.
3.3 合理選擇刀具
�。�1） 內(nèi)鏜孔刀采用機(jī)夾刀，縮短換刀時間，無需刃磨刀具，具有較好的剛性，能減少振動變形和防止產(chǎn)生振紋；
�。�2） 外圓粗、精車均選用硬質(zhì)合金90°車刀；
�。�3） 螺紋刀選用機(jī)夾刀，刀尖角度標(biāo)準(zhǔn)，磨損時易于更換。
3.4 分析工藝過程
3.4.1加工步驟
�。�1） 裝夾毛坯15mm長，平端面至加工要求；
�。�2） 用Φ18鉆頭鉆通孔，粗、精加工Φ21通孔；
�。�3） 粗、精加工Φ48外圓，加工長度大于3mm至尺寸要求；
�。�4） 調(diào)頭，利用夾具如圖2所示裝夾，控制總長尺寸35mm平端面；
（5） 加工螺紋外圓尺寸至Φ23.805;
�。�6） 利用G76、G92混合編程進(jìn)行螺紋加工；
�。�7） 拆卸工件，完成加工。
3.4.2切削用量
�。�1） 內(nèi)孔粗車時，主軸轉(zhuǎn)速每分鐘500——600轉(zhuǎn)，進(jìn)給速度F100——F150,留精車余量0.2——0.3mm.
�。�2） 內(nèi)孔精車時，主軸轉(zhuǎn)速每分鐘1100——1200轉(zhuǎn)，為取得較好的表面粗糙度選用較低的進(jìn)給速度F30——F45,采用一次走刀加工完成。
（3） 外圓粗車時，主軸轉(zhuǎn)速每分鐘1100——1200轉(zhuǎn)，進(jìn)給速度F100——F150,留精車余量0.3——0.5mm.
�。�4） 外圓精車時，主軸轉(zhuǎn)速每分鐘1100——1200轉(zhuǎn)，進(jìn)給速度F30——F45,采用一次走刀加工完成。
3.5 科學(xué)編制程序 （數(shù)控系統(tǒng)采用GSK980T）
程序內(nèi)容
程序說明
%1234
G00 X200 Z50
定位至起刀點(diǎn)
S1 M3
啟動主軸，轉(zhuǎn)速560轉(zhuǎn)/分
T0101
調(diào)用1#鏜孔刀
G00 X16 Z5
定位至（16,5）
G71 U0.8 R0.3
G71外圓車削循環(huán)，
對內(nèi)孔Φ21進(jìn)行粗加工
G71 P1 Q2 U-0.5 W0 F100
N1 G0 X21.4
G1 Z0 F40
X21 Z-0.2
N2 Z-37
G0 X200 Z50 M5
回至起刀點(diǎn)，主軸停止
M0
程序停止
M3 S1
主軸啟動，轉(zhuǎn)速560轉(zhuǎn)/分
G0 X16 Z5
定位至（16,5）
G70 P1 Q2
G70精車循環(huán)N1——N2
G0 X200 Z50
定位至起點(diǎn)
T0202 M3 S2
調(diào)用2#外圓精車刀，啟動主軸，轉(zhuǎn)速為1120轉(zhuǎn)/分
G00 X52 Z5
定位至（52,5）
G90 X50 Z-6 F100
G90外圓切削循環(huán)
X48
車至Φ48
G0 X100 Z100 M5
回至起刀點(diǎn)，主軸停止
M0
程序停止，零件調(diào)頭并裝夾
T0202
調(diào)用2#外圓精車刀
M3 S1
主軸啟動，轉(zhuǎn)速1120轉(zhuǎn)/分
G00 X50 Z2
定位至（50,2）
G71 U2 R0.5
G71外圓車削循環(huán)，
對螺紋外圓進(jìn)行粗加工
G71 P3 Q4 U0.5 W0 F100
N3 G0 X21.805
G1 Z0 F50
X23.805 Z-1
N4 Z-32
G0 X100 Z100 M5
回到起刀點(diǎn)，主軸停止
M0
程序停止
M3 S2
主軸啟動，轉(zhuǎn)速1120轉(zhuǎn)/分
G00 X50 Z2
定位至（50,2）
G70 P3 Q4
精車N3——N4內(nèi)容
G0 X100 Z100
回?fù)Q刀點(diǎn)（100,100）
T0404
調(diào)用4#螺紋刀
G0 X25 Z5
定位至（25,5）
G76 P010160 Q300 R0.1
G76螺紋車削循環(huán)
車削M24*1.5螺紋部分
G76 X22.25 Z-28 P975 Q100 F1.5
G0 X25 Z5
定位至G76同一螺紋加工起點(diǎn)
G92 X22.15 Z-28 F1.5
G92精修螺紋
X22.05
X22.05
G0 X100 Z100 M5
返回起點(diǎn)、停主軸
M30
程序結(jié)束
3.6 加工時的幾點(diǎn)注意事項(xiàng)
�。�1） 工件要夾緊，以防在車削時打滑飛出傷人和扎刀；
（2） 在車削時使用適當(dāng)?shù)睦鋮s液（如煤油），能減少受熱變形，使加工表面更好地達(dá)到要求；
�。�3） 安全文明生產(chǎn)。
4結(jié)束語
通過實(shí)際加工生產(chǎn)，以上措施很好地解決了加工精度不高等問題，減少了裝夾校正的時間，減輕了操作者的勞動強(qiáng)度，提高效率并保證加工后零件的質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。
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