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- 4 -具几何参数、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- 5 -中难度较大的零件，为了提高产品的合格率，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- 6 -薄壁螺纹加工中，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 3 G92 直进式加工 图 4 G76 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 5 3、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- 7 -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- 8 -韧性好，容易磨出锋利的刃口， 图 6 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 35。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 7 2、切削用量选择（1）背吃刀量的选择- 9 -轮廓半精车背吃刀量为 0.5mm，精车背吃刀量为 0.25mm。螺纹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d -d）螺纹切削n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 c=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 320 r/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 00.05mm,，软爪对工件的包容面积应在 9095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- 10 -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0.050.1mm，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