环形薄型零件加工工艺-精选资料

1、环形薄型零件加工工艺Machining craft of annular thin-wall partJI Minghao, SUN Dazhang( Logistics Engineering College, Shanghai Maritime Univ., Shanghai 200135 )： In order to improve the finish machining quality of the annular thin-wall part, according to the rigidity of machine tool system, jig stress, relatio

2、n between error-reflected and part to be manufactured, a set of machining craft plan is proposed. The point at right position should be set up on the axial of the annular thin-wall part to avoid part distortions in radial direction. With the help of a specially-made technology equipment, the part ra

3、tio between diameter and thickness over 40 can be realized as well as the concentricity and the surface roughness, because there is no radial external force. By checking a batch of parts being manufactured in this particular way, the yield of qualification is found to reach 95%.0 引 言当前， 机械产品的体积趋于小型化

4、，零件也相应朝着“小”、“薄”、“轻”方向发展 . 因此，加工过程中遇到的环形薄型零件等越来越多. 由于这类零件自身刚性不足、柔性有余，采用常规装夹不仅无法满足加工精度，而且因夹紧力导致零件弹性变形产生形状误差，成为加工中的难点之一.根据现有资料及专业文献，对薄型零件的加工研究较少，对环形薄型零件的研究更少. 环形薄壁套是薄型零件中的典型零件之一 . 笔者对其加工工艺进行研究，并运用这一工艺指导产品制造.环形薄壁套特性根据加工经验，环形外径与壁厚之比大于25 的可称之为环形薄型零件.任何方式的切削加工总会有加工误差. 从加工系统角度看，主要取决于零件和刀具在切削成形过程中相互位置的正确程度 .

5、1 从加工工艺角度看，工件的受力点、刚性和工装夹具的定位方式也是影响加工质量的关键. 特别是在加工小型工件或工件厚度较薄时，对车床的切削力大小、进刀量、走刀量、工件被装夹方式和机床转速等因素均十分敏感. 一旦其中某个环节被忽略， 极易导致工件尚未加工到要求尺寸就已经发生变形、提前报废.鉴于工件壁薄的特殊情况，若直接采用在三爪卡盘上定位加工的常规方式，已不能保证尺寸要求. 同时，薄壁工件的表面粗糙度及形位公差也要比一般零件要求高，同轴度通常要求在0.05以内，而普通型环形件（非薄型）的同轴度一般在 0.150.25.刚 度刚度通常指被加工件抵抗合成外力的强度. 在车削加工中，车床夹具车床刀具构成

6、的工艺系统是弹性系统 . 这是因为机床在运转时有运动偏差，并带动安装其上的工装在旋转时产生偏差， 以及刀具 （架） 在加工中平移走刀时，被加工件对刀具（架）有反作用力，使之变形. 故从整体上看，机加工是“以一个偏差影响或纠正另一个偏差”的动态补偿过程 . 薄型零件对此较为敏感.据上述公式可知：适当的装夹方式能够减小因机床自身的综合性误差和夹具本身的加工与安装误差而复映至工件的变形，恰当的切削力能够减轻车床系统和刀具（架）的变形，有效提高薄壁工件的加工可靠性.由上式可以清楚地看出：由于工艺系统刚性不足，加工时会产生弹性压移，形成加工误差；又由于工艺系统刚度沿工件面的各个位置不同，所以加工后的零件

7、各截面的尺寸也不一致. 以轴为例，在轴上的各截面尺寸就是圆度. 因此，刚性弱的工件容易 TOC o 1-5 h z 在加工表面造成几何误差.薄壁套装夹受力分析按常规装夹，薄壁套零件受到卡爪在径向的夹紧力作用，会引起 3 方面的误差：（1）工件在夹紧时产生弹性变形；（2）夹紧时工件发生偏移，改变确定定位时应具有的位置；（3）工件 TOC o 1-5 h z 定位面与夹具（工装）支撑面间的接触变形.鉴于上述薄壁套件在安装和装夹中的风险因素，定位薄壁套件、减少夹紧误差、使薄壁套件受力均匀、对被加工件的装夹定位、受力点（面）的确定以及切削过程中控制车刀进刀量和工件转速都是加工工艺方案和工装制备中要考虑

8、的主要因素.误差复映律零件加工后，存在的加工误差与加工前毛坯的误差相对应，即毛坯误差被复映到加工后的工件表面上的这种现象被称为“误差复映律”.3据上述公式可知：适当的装夹方式能够减小因机床自身的综合性误差和夹具本身的加工与安装误差而复映至工件的变形，恰当的切削力能够减轻车床系统和刀具（架）的变形，有效提高薄壁工件的加工可靠性.由上式可以清楚地看出：由于工艺系统刚性不足，加工时会产生弹性压移，形成加工误差；又由于工艺系统刚度沿工件面的各个位置不同，所以加工后的零件各截面的尺寸也不一致. 以轴为例，在轴上的各截面尺寸就是圆度. 因此，刚性弱的工件容易 TOC o 1-5 h z 在加工表面造成几何

9、误差.薄壁套装夹受力分析按常规装夹，薄壁套零件受到卡爪在径向的夹紧力作用，会引起 3 方面的误差：（1）工件在夹紧时产生弹性变形；（2）夹紧时工件发生偏移，改变确定定位时应具有的位置；（3）工件 TOC o 1-5 h z 定位面与夹具（工装）支撑面间的接触变形.鉴于上述薄壁套件在安装和装夹中的风险因素，定位薄壁套件、减少夹紧误差、使薄壁套件受力均匀、对被加工件的装夹定位、受力点（面）的确定以及切削过程中控制车刀进刀量和工件转速都是加工工艺方案和工装制备中要考虑的主要因素.误差复映律零件加工后，存在的加工误差与加工前毛坯的误差相对应，即毛坯误差被复映到加工后的工件表面上的这种现象被称为“误差复

10、映律”.3数的增加，复映误差逐渐减小到允许的范围内. 这也是为何零件经过几道工序的加工才能获得较高的表面精度的原因.根据以上对环形薄壁套的特性分析，在加工工装的制备中，可以有针对性地制备专用工艺夹具.环形薄壁套加工新工艺与工装设计软三爪材 料软三爪材料选用普通铝，LY124， 5. 这种材料质量轻，价格便宜 . 车削时，不易“吃刀”磨损切削刃口，尤其在高速切削和小进刀量时，较易获得低表面粗糙度，是理想的工装用料.原理及制作由于普通三爪卡盘的卡爪夹持面不是同一个面，在 2 次装夹过程中，不能保证工件处于同一中心位置. 因此，若工件直接夹在车床的三爪卡盘上，势必会影响其同轴度. 软三爪通过螺钉被固

11、定在三爪卡盘上，车床加工出中心孔（夹持芯轴用）. 这样，工件在套上芯轴后，比直接装夹卡盘的中心位置准确度高. 此时芯轴的圆跳动就是机床主轴本身的圆跳动. 因此，软三爪又被称作定位爪.环形薄壁套加工尺寸图 1 环形薄壁套环形薄壁套见图1. 其材料为：1Cr18Ni9Ti ；工件宽度8 mn外径 72 mm 内径 68.6（+0.02/0） mm ;外 径与壁厚之比 72/1.7 =42.35;同轴度0.05.新工艺的工装设计思路加工中薄型零件最容易出现的是变形问题. 这里的变形是指： 因卡盘定位引起的尺寸变形以及进刀量过大而造成的受热变形 . 基于这种情况，在设计工装时避免直接对工件本身定位，而

12、通过采用辅助工装对内、外径定位进行加工，这样可有效避免因工件受卡爪夹紧力而产生的工件径向尺寸变形. 由于被加工材料硬且有“黏磨”性（即容易磨损刀具刃口），因此在实际加工尤其是精加工时，采用多工序小进刀量（0.03 mm左右）的车削加工方法， 以防止因进给量过大使刀具和工件摩擦发热导致工件变形，并适当延长刀刃加工时间，提高单位加工周期内的效率.环形薄壁套加工新工艺与工装制作上芯轴车外径改变对工件直接定位的传统方法，通过工装对工件定位，不使工件产生装夹变形. 因此，工装的设计制作十分关键.工装材料：芯轴、芯轴套、外盖板和锁紧盖用黄铜（H62），因为这种材料硬度低，摩擦系数较小，特别是在高速加工时具

13、有自润滑性 （即无需添加切削液就能车削出较高表面精度，且表面光亮，适用于间隙配合），适合车削加工. 加工中即使进刀量大，切削速度较高时也不易产生“黏”刀或“吃”刀现象 . 同时，铜属于传热良好导体，散热性能好. 工件在加工中所产生的热量能得到及时发散，使工件不易产生因机加工发热而“发胀”的现象，使得套在外径上的环形挡圈“被动撑大”，影响最终的工件 TOC o 1-5 h z 尺寸.车去芯轴的毛坯外表皮后再上软三爪夹紧定位. 根据工件的内径尺寸及公差将芯轴的外径尺寸缩小0.01 mm0.015 mm,让工件在芯轴上有个基本的中心定位.图2外盖板制作外盖板应注意，在一端面车深2 mm在圆周上留1个

14、宽度约为1 mm的圆环带（见图2）,即（A-B） /2=1 mm并在外盖板中心处打一通孔，孔径大小使得锁紧螺钉可 以自然通过.工装定位方法见图3.以盖板上的圆环带部分“顶住”工件的外端圆， 并用螺钉锁紧， 使得工件在加工过程中处于中心位置，以保证加工件的同轴度 . 注意用内六角螺钉锁紧时不要用力，只需稍稍扳紧即可，因为工件受压变形会使加工后的径向尺寸偏小.套外圆车内径 TOC o 1-5 h z （ 1）锁紧盖板见图4.（ 2）芯轴套见图5.薄型零件装于芯轴套上，其内径面略低于工装的内径面（即A面低于B面），刀具在加工精车时既能充分车削表面，又不会“刮擦”到工装表面 .第 1 步完成后，工件的

15、外径已加工至要求尺寸. 以工装的内径套工件的外径尺寸定位，加工内径.图 6 车薄壁套内圆工装定位示意图具体装夹见图6.在制作第2 副工装时应注意：芯轴套上 （与外盖板接合部分）需有螺纹，使得外盖板通过螺纹旋紧将工件紧贴在芯轴的内径壁来定位加工. 注意不能将外盖板旋得太紧以免工件受力变形.工件在受压变形后会使加工后的径向尺寸发生变化，原因是所加工工件壁薄，在整个环形面（工件两端面）一旦受较大力，工件在径向上产生因受挤压的“张力”而“胀大”. 这样，径向面向四周不规则地“鼓”起来， 在此情况下车削，尽管加工时已到尺寸，一旦外力撤销，在材料自身回复力的作用下，工件的外径沿径向向内收缩，使外径尺寸变小

16、. 据检测表明：尺寸回收0.01mnr 0.02 mm,即 68.58 mm68.59 mm.止匕外，其圆柱度偏差也较大.另外，软三爪的装夹口由车刀镗出，芯轴通过软三爪装夹，前后只有1 次装夹定位，车加工至尺寸. 这样，工件通过芯轴定 位，软三爪本身的中心定位基准较好（一刀镗出），装夹后工件 旋转时“抖动”的振幅极小 . 这样， 既保证工件内外径的同轴度，又使经车削的表面粗糙度值最小. 如果环形工件一旦出现偏心，车削时会产生切削区域有些吃刀量大有些吃刀量小的情况，使同一面上产生的加工热也不一样，容易“拉毛”、 “碰伤”加工面，从而影响表面粗糙度.工装制作与装夹中须注意的细节对第 1 副工装，外

17、盖板和芯轴的外圆应比工件的外圆略低.一般取小于工件外径尺寸的0.80 mm1.00 mm为宜，即：外盖板和芯轴的外径为 71.00 mm71.20 mm.对第2副工装，芯 轴套与锁紧盖板的内径应略大于工件内径壁. 一般取大于工件外径尺寸0.80 mm- 1.00 mmfe宜.即：芯轴套与锁紧盖板的内径为 67.60 mm67.80 mm.这样，刀具在精车加工时既能充分车 削表面，又不会“碰伤”工装表面 .工件在上工装时已属精加工，每档尺寸应分几次车削，进刀量一般控制在0.03 mm0.04 mm.其缘由在第1.3节误差复映律 部分已作说明. 如果加工时间充裕，应在精加工工序间安排时效处理，以2

18、3 d为1个时效周期.这样，既可以使材料的金相组 织趋于平衡稳定，又能消除前道工序残留下来的内应力，保证尺寸公差和精度要求.工件材料与车削转速的关系在加工中应注意，不同的工件材料，在精加工时车床的转速及进刀量也应有所不同. 表 1 是不同材料下的加工参数验 证通过对加工系统的误差理论分析、定制工艺装备以及对加工后的零件进行检测，以下几点对提高薄壁套加工精度有重要作用.提高薄型零件加工时的刚度假设薄壁工件经过热处理后有足够的强度，即使直接上三爪卡盘也不会因卡爪夹紧导致工件“变形”， 也不能直接以此车削，因为工件本身壁薄，质量轻，夹在卡盘上做旋转运动，精加工时车速较高，工件会不自觉地“旋转飘浮”，

19、 使得被加工件不能处于同一中心位置. 因此，在此情形下加工出来的尺寸大多偏下公差，有的甚至超出下公差. 如果工件在数控机床上加工，则可视具体情况（包括工件刚度、同心度）直接装夹在卡盘上，因为数控机床运动主轴的旋转偏心误差在0.004 mm 以下，而普通车床通常在 0.01 mnr 0.015 mm间.惯性矩？H?I=Mw （R2-r2）/5? H?式中：Mw为工件质量；R和r为工件的外、内径.从上式可以得出：在整个加工过程中，被加工工件绕车床主轴旋转，增加壁厚有利于提高工件刚度. 因此，可以采用加固方法， 即在待加工工件的内径里填充一些增设物，如工业用尼龙（增强尼龙66）等，以此提高工件在加工中的刚度以达到工件在旋转过程中自减振的目的. 在这次薄壁套加工中，采用将工件套在芯轴的方式，也起到提高工件刚度和减振的效果.径向不受外力的定位装夹在此次工装设计与制作中，最能体现薄型零件加工特点的就是定位装夹.由于壁薄，径向一旦受力（软三爪卡盘的挤压），导致工件变形 . 在显微检测仪上观测可以发现：外圆已不是“圆”. 故在工装制作中，应尽量避开工件的径向加载外力，设计时将工件的定位外力作用在工件的