薄壁類零件的數(shù)控車削
2013-5-5 來(lái)源： 作者：
筆者在校工作期間參與了薄壁產(chǎn)品的加工研究，使用的數(shù)控機(jī)床是CK7525（寶雞機(jī)床有限公司，系統(tǒng)為FANUC0i ），從而掌握了薄壁孔零件的加工。產(chǎn)品的形狀如圖1 所示。該產(chǎn)品是用于航空機(jī)械上面的一個(gè)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(lái)了較大的難度。產(chǎn)品的材料是2024，它是一種典型的硬鋁合金。其強(qiáng)度高，綜合性能好，具有良好的抗疲勞強(qiáng)度和良好的切削加工性能，但是抗腐蝕性較差。由于該產(chǎn)品壁厚最小處達(dá)到2.16mm ，且前端的壁厚要求均勻，給切削加工帶來(lái)了較大的難度。
為了在數(shù)控車床上加工該產(chǎn)品，使其達(dá)到要求，我們制定了合理的工藝流程，并且設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)及加工步驟三方面對(duì)該產(chǎn)品的加工過(guò)程進(jìn)行闡述。
1. 工藝分析
從外形來(lái)看，這個(gè)零件屬于回轉(zhuǎn)體薄壁零件。我們主要考慮先在臥式車床上進(jìn)行粗加工，然后在數(shù)控車床上進(jìn)行半精加工和精加工完成工件。同時(shí)必須考慮這個(gè)零件的以下特性：
（1 ）裝夾的時(shí)候，由于工件比較薄，為了避免裝夾產(chǎn)生變形，下料的時(shí)候比工件長(zhǎng)50mm左右，從而在毛坯的位置夾緊。
（2 ）工件壁薄，在加工的時(shí)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(shí)候產(chǎn)生很大的熱量，造成工件變形。
2. 工藝流程
經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的試制和工藝流程的不斷改進(jìn)，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(chǎn)生變形，選用外圓為φ 270m m，內(nèi)孔直徑為230m m的套類毛坯，長(zhǎng)度為250mm（預(yù)留50mm 裝夾位置）。
（2 ）在臥式車床上進(jìn)行粗加工，車平兩邊端面，保證工件長(zhǎng)度為247mm，便于進(jìn)行加工定位。同時(shí)加工外圓和內(nèi)孔處的錐度。
（3 ）進(jìn)行熱處理，消除工件的內(nèi)應(yīng)力，提高綜合性能。
（4 ）在數(shù)控車床上半精加工外形，此過(guò)程采用尾座頂住工件的右端面。加工過(guò)程要充分冷卻，裝夾的時(shí)候采用反軟爪裝夾工件。
（5 ）拆下工件，進(jìn)行時(shí)效處理，消除工件的內(nèi)應(yīng)力。
（6 ）使用塑膠圓圈套住工件的外圓，半精加工工件的內(nèi)腔。
（7 ）拆下工件，進(jìn)行時(shí)效處理，消除工件的內(nèi)應(yīng)力。
（8 ）使用塑膠圓圈套住工件的外圓，精加工工件的內(nèi)腔達(dá)到合格尺寸。
（9 ）拆下工件，進(jìn)行時(shí)效處理，消除工件的內(nèi)應(yīng)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(shù)大，如果半精車和精車在一次裝夾中連續(xù)車削，所產(chǎn)生的切削熱會(huì)對(duì)工件的尺寸精度影響極大，甚至?xí)构ぜㄋ涝趭A具上拆不下來(lái)。所以為了避免進(jìn)行精加工時(shí)出現(xiàn)較高的溫度，我們選用較低的轉(zhuǎn)速進(jìn)行精加工，同時(shí)把半精加工和精加工分開(kāi)，且把內(nèi)孔和外圓的加工也分開(kāi)。時(shí)刻注意工件的溫度變化對(duì)尺寸精度產(chǎn)生影響。同時(shí)在加工的時(shí)候?yàn)榱讼ぜ膬?nèi)應(yīng)力，加工完成后進(jìn)行時(shí)效處理。
3. 夾具設(shè)計(jì)
由于產(chǎn)品的批量不是很大，對(duì)本產(chǎn)品的加工設(shè)計(jì)了兩套輔助夾具，一個(gè)是簡(jiǎn)單的塑膠圓圈，另一個(gè)是簡(jiǎn)單輔助夾具。現(xiàn)對(duì)兩個(gè)夾具的分析如下：
（1 ）塑膠圓圈裝夾車削（見(jiàn)圖2 ）。塑膠圓圈1 放置在工件的中間位置，防止內(nèi)孔車刀加工到中間位置產(chǎn)生變形；塑膠圓圈2 放置在前端的小圓弧處，防止進(jìn)刀的時(shí)候產(chǎn)生變形。
（2 ）簡(jiǎn)單輔助夾具設(shè)計(jì)，如圖3 所示。精加工外圓時(shí)，由于孔壁非常薄，加工中很容易產(chǎn)生變形，因此設(shè)計(jì)了一套簡(jiǎn)單夾具，成本很低。裝夾時(shí)首先把心軸打進(jìn)數(shù)控機(jī)床的主軸孔內(nèi)，再把工件放到自定心卡盤上面，此時(shí)輕微的夾緊；接下來(lái)放入塑料墊圈，放的時(shí)候要與心軸的錐度進(jìn)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(zhuǎn)頂尖頂住，回轉(zhuǎn)頂尖不能用太大力，否則會(huì)發(fā)生變形；最后夾緊自定心卡盤，完成工件的裝夾。
4. 加工步驟
為了滿足加工需求，我們半精加工編寫了兩條程序，分別為外形加工和內(nèi)腔加工。精加工也編寫外形加工和內(nèi)腔加工兩條程序。切斷加工編寫了一條程序。步驟如下：
（1 ）半精加工薄壁零件外形。由于工件的加工余量為6mm左右，并且分布不均勻，如果采用一次加工成形的話很容易產(chǎn)生誤差，而且造成內(nèi)應(yīng)力分布不均，因此通過(guò)修改機(jī)床的刀補(bǔ)（1 號(hào)和7 號(hào)位置），加工兩遍來(lái)達(dá)到目的。第一次加工3mm，第二次也加工3mm。
（2 ）半精加工薄壁零件內(nèi)腔。使用塑膠墊圈套住工件外形，進(jìn)行薄壁零件內(nèi)腔的半精加工。由于加工余量較大，采用步驟1 的方法。通過(guò)修改機(jī)床的刀補(bǔ)（1 號(hào)和8 號(hào)位置）加工兩遍來(lái)達(dá)到目的。第一次加工3mm，第二次也加工3mm。
（3 ）精加工薄壁零件內(nèi)腔。使用塑膠墊圈套住工件外形，精加工薄壁零件外形，達(dá)到合格要求。
（4 ）精加工薄壁零件外形。采用設(shè)計(jì)的夾具裝夾工件，精加工薄壁零件外形，達(dá)到合格要求。
（5 ）切斷工件，保證工件的長(zhǎng)度，切斷刀的刀寬為1mm，防止切削時(shí)產(chǎn)生較大徑向力，使工件變形。
5. 結(jié)語(yǔ)
經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐證明，這組夾具結(jié)構(gòu)合理，定位可靠，夾緊力均勻，整體剛度高，通用性好，而且輕便靈活，可以提高切削速度，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。這種加工方法一次交檢合格率大于98% ，完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，提高了生產(chǎn)效率。
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