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薄壁类零件的数控车削

2013-5-5 来源：作者：

笔者在校工作期间参与了薄壁产品的加工研究，使用的数控机床是CK7525（宝鸡机床有限公司，系统为FANUC0i ），从而掌握了薄壁孔零件的加工。产品的形状如图1 所示。该产品是用于航空机械上面的一个零部件，孔壁很薄，且直径比较大，加工精度要求高，给加工带来了较大的难度。产品的材料是2024，它是一种典型的硬铝合金。其强度高，综合性能好，具有良好的抗疲劳强度和良好的切削加工性能，但是抗腐蚀性较差。由于该产品壁厚最小处达到2.16mm ，且前端的壁厚要求均匀，给切削加工带来了较大的难度。

　　为了在数控车床上加工该产品，使其达到要求，我们制定了合理的工艺流程，并且设计了一些专用夹具和具有特色的圆圈套。本文主要从工艺分析、夹具设计及加工步骤三方面对该产品的加工过程进行阐述。

　　1. 工艺分析

　　从外形来看，这个零件属于回转体薄壁零件。我们主要考虑先在卧式车床上进行粗加工，然后在数控车床上进行半精加工和精加工完成工件。同时必须考虑这个零件的以下特性：

　　（1 ）装夹的时候，由于工件比较薄，为了避免装夹产生变形，下料的时候比工件长50mm左右，从而在毛坯的位置夹紧。

　　（2 ）工件壁薄，在加工的时候容易受切削力的影响而变形，因此必需使用新的夹具装夹工件。

　　（3 ）工件的直径较大，切削的时候产生很大的热量，造成工件变形。

　　2. 工艺流程

　　经过一段时间的试制和工艺流程的不断改进，最终确定了一份行之有效的工艺流程。

　　（1 ）下料阶段，为了防止装夹使工件产生变形，选用外圆为φ 270m m，内孔直径为230m m的套类毛坯，长度为250mm（预留50mm 装夹位置）。

　　（2 ）在卧式车床上进行粗加工，车平两边端面，保证工件长度为247mm，便于进行加工定位。同时加工外圆和内孔处的锥度。

　　（3 ）进行热处理，消除工件的内应力，提高综合性能。

　　（4 ）在数控车床上半精加工外形，此过程采用尾座顶住工件的右端面。加工过程要充分冷却，装夹的时候采用反软爪装夹工件。

　　（5 ）拆下工件，进行时效处理，消除工件的内应力。

　　（6 ）使用塑胶圆圈套住工件的外圆，半精加工工件的内腔。

　　（7 ）拆下工件，进行时效处理，消除工件的内应力。

　　（8 ）使用塑胶圆圈套住工件的外圆，精加工工件的内腔达到合格尺寸。

　　（9 ）拆下工件，进行时效处理，消除工件的内应力。

　　（10）重新装夹，采用专用夹具装夹工件，精加工工件的外形至合格尺寸。

　　（11）切断工件，切断防止工件变形，切断刀宽度为1mm。

　　由于工件壁厚只有2.16mm ，并且加工的直径较大，金属的膨胀系数大，如果半精车和精车在一次装夹中连续车削，所产生的切削热会对工件的尺寸精度影响极大，甚至会使工件卡死在夹具上拆不下来。所以为了避免进行精加工时出现较高的温度，我们选用较低的转速进行精加工，同时把半精加工和精加工分开，且把内孔和外圆的加工也分开。时刻注意工件的温度变化对尺寸精度产生影响。同时在加工的时候为了消除工件的内应力，加工完成后进行时效处理。

　　3. 夹具设计

　　由于产品的批量不是很大，对本产品的加工设计了两套辅助夹具，一个是简单的塑胶圆圈，另一个是简单辅助夹具。现对两个夹具的分析如下：

　　（1 ）塑胶圆圈装夹车削（见图2 ）。塑胶圆圈1 放置在工件的中间位置，防止内孔车刀加工到中间位置产生变形；塑胶圆圈2 放置在前端的小圆弧处，防止进刀的时候产生变形。

　　（2 ）简单辅助夹具设计，如图3 所示。精加工外圆时，由于孔壁非常薄，加工中很容易产生变形，因此设计了一套简单夹具，成本很低。装夹时首先把心轴打进数控机床的主轴孔内，再把工件放到自定心卡盘上面，此时轻微的夹紧；接下来放入塑料垫圈，放的时候要与心轴的锥度进行一定的配合，然后再把铝合金垫块（弹簧与垫块是连在一起的）放上去；最后采用回转顶尖顶住，回转顶尖不能用太大力，否则会发生变形；最后夹紧自定心卡盘，完成工件的装夹。