汪立俊

（無(wú)錫機(jī)電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 無(wú)錫 214028）

1 薄壁零件車削時(shí)的特點(diǎn)

薄壁零件在車削過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)以下現(xiàn)象：

1.1 等直徑變形

薄壁零件在夾緊力的作用下容易產(chǎn)生變形，影響工件的尺寸精度和形狀精度。車削時(shí)為了方便，常采用三爪自定心卡盤(pán)裝夾工件。而用三爪自定心卡盤(pán)裝夾薄壁圓柱零件加工內(nèi)孔時(shí)，夾緊后的工件夾緊力不均衡，在夾緊力的作用下，使零件呈現(xiàn)出三邊形，如圖1（a）所示。經(jīng)過(guò)車削加工后，三邊形內(nèi)孔被車為圓柱孔，加工完畢松開(kāi)卡爪后，卸下的工件由于彈性恢復(fù)，外圓恢復(fù)成圓柱形，而圓柱孔則變成弧形三邊形，如圖1（b）所示。若用內(nèi)徑百分表或內(nèi)徑千分尺測(cè)量時(shí)，可測(cè)得各個(gè)方向的直徑D相等，但實(shí)際上已變形不是內(nèi)圓柱面了，這種現(xiàn)象稱之為等直徑變形。

圖1 薄壁圓柱零件的夾緊變形

1.2 工件熱變形

因工件較薄，對(duì)于線膨脹系數(shù)較大的金屬工件，在一次裝夾中連續(xù)加工，持續(xù)產(chǎn)生的切削熱會(huì)引起工件熱變形，使工件尺寸難于控制，精度受到極大影響。

1.3 振動(dòng)

在切削力（特別是徑向切削力）的作用下，容易產(chǎn)生振動(dòng)和變形，影響工件的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度。

2 企業(yè)生產(chǎn)加工過(guò)程中，防止和減少薄壁零件變形的方法

在企業(yè)生產(chǎn)加工制造過(guò)程中，由于產(chǎn)品批量大、精度要求高，且為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率往往采用成組生產(chǎn)單元，即根據(jù)零件的技術(shù)要求，將待加工的零件在生產(chǎn)過(guò)程中分成多個(gè)工序，由一組機(jī)床和一組生產(chǎn)工人，共同完成相關(guān)零件組的全部工藝過(guò)程的成組生產(chǎn)組織形式。在此過(guò)程中，設(shè)計(jì)制造各種適合裝夾薄壁類零件的工裝夾具就顯得至關(guān)重要。常用的方法有以下幾種：

2.1 為增加裝夾接觸面，盡量采用開(kāi)縫套筒（見(jiàn)圖2）或特制軟卡爪（見(jiàn)圖3）裝夾零件，使夾緊力均勻分布在工件上，減少因夾緊引起的變形。

圖2 開(kāi)縫套筒裝夾工件

圖3 特制軟卡爪裝夾工件

2.2 車削薄壁零件時(shí)，盡量不使用徑向夾緊，而應(yīng)優(yōu)先采用軸向夾緊的夾具來(lái)減少夾緊引起的變形，如圖4所示。

圖4 軸向夾緊薄壁零件

圖5 在薄壁零件上增加工藝?yán)?/p>

2.3 在薄壁工件的裝夾部位增加幾根特制的輔助支承和工藝?yán)撸ㄒ?jiàn)圖5），使夾緊力作用在肋上，以減少工件變形。加工完畢后，再去掉工藝?yán)摺?/p>

3 數(shù)控車技能比賽中，加工薄壁零件的注意點(diǎn)

數(shù)控車技能比賽中，由于場(chǎng)地、設(shè)備、時(shí)間等條件的限制，多件配合的一套零件中的每個(gè)零件均以單件出現(xiàn)，不可能成批量加工。因此，在遇到加工薄壁零件的過(guò)程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

3.1 切削力對(duì)薄壁零件加工時(shí)產(chǎn)生的影響

3.1.1 刀具的幾何參數(shù)與切削力的關(guān)系

a.前角y0與切削力的關(guān)系（見(jiàn)圖6）。由圖可知，進(jìn)給抗力Fx、切深抗力Fy、主切削力Fz都會(huì)隨刀具前角的增大而減小。這是因?yàn)榍敖窃龃螅羟薪千骐S之增大，切削變形減小，變形系數(shù)ξ減小，切屑沿前刀面流出時(shí)的摩擦力減小，因此切削力顯著減小。

圖6

圖7

圖8

b.主偏角Kr與切削力的關(guān)系（見(jiàn)圖7）。由圖可知，主偏角Kr=30～60時(shí)，主切削力F2隨主偏角Kr的增大而減??；主偏角Kr=75～90時(shí)，主切削力F2隨主偏角Kr的增大而增大；通常在主偏角Kr=60～75時(shí)，主切削力F2較小。此外，主偏角的增大，使Fx增大，F(xiàn)y減小。這是因?yàn)?，主偏角只改變Fxy的方向，而不改變Fxy大小。所以，由公式Fx=FxysinKr計(jì)算得出，Kr增大時(shí)，F(xiàn)x增大；由公式Fy=FxycosKr計(jì)算可得出，Kr增大時(shí)，F(xiàn)y減小。

c.刃傾角 λs與切削力的關(guān)系（見(jiàn)圖 8）。由圖可知，刃傾角λs的變化，對(duì)主切削力F2的變化不大，但對(duì)Fx、Fy的影響卻很大。這是因?yàn)椋藄變化時(shí)只改變合力Fr的方向，不改變Fr的大小，所以λs改變時(shí)對(duì)Fr沒(méi)有影響。實(shí)驗(yàn)表明，刃傾角λs增大時(shí)，使Fx增大，而Fy減小。

3.1.2 切削用量與切削力的關(guān)系

a.背吃刀量ap、進(jìn)給量f與切削力之間的關(guān)系（見(jiàn)圖 9（a）、9（b））。背吃刀量 ap和進(jìn)給量f增大時(shí)，都會(huì)使切削面積增大，切削力增大，但兩者對(duì)切削力的影響程度不同。當(dāng)背吃刀量ap增大時(shí)，切削寬度成正比增大，但變形系數(shù)ξ不變，所以切削力成正比增大。以ap對(duì)F2的影響為例，切削力的經(jīng)驗(yàn)公式中，ap的指數(shù)對(duì)xFz≈1，所以ap增大一倍，F(xiàn)2也增大一倍。進(jìn)給量f增大時(shí)，切削厚度成正比增大，但變形系數(shù)ξ有所下降，使切削力不能成正比增大。以f對(duì)F2的影響為例，由切削力的經(jīng)驗(yàn)公式得到：進(jìn)給量f的指數(shù)yFz=0.75，所以f增大一倍時(shí)，主切削力F2僅增大68%。

圖9 （a）

圖9 （b）

圖10

b.切削速度Vc與切削力的關(guān)系（見(jiàn)圖10）。以Vc對(duì)F2的影響為例，當(dāng)切削速度Vc≤20m/min時(shí)，隨著切削速度的增加，切削力 F2減??；當(dāng) 20＜Vc≤50m/min時(shí)，隨著切削速度的增加，切削力F2增大；當(dāng)Vc＞50m/min時(shí)，隨著切削速度的增加，前刀面上的摩擦系數(shù)μ減少，剪切角ф增大，變形系數(shù)ξ減小，故切削力F2將減小。

3.2 要注意到的是在切削過(guò)程中，所出現(xiàn)的切削變形、切削溫升、刀具耐用度及工件表面質(zhì)量等一系列問(wèn)題大都與上述刀具的幾何參數(shù)及選用的切削用量有關(guān)。

4 數(shù)控車技能比賽中，車削薄壁零件的技巧

4.1 要減小切削力，首先應(yīng)合理選用刀具的幾何參數(shù)，特別在精加工時(shí)，更要保證刀刃的鋒利，一般可選擇較大的主偏角Kr=80～93，車刀的前角取γ0=10～20，刃傾角通常取正值 λs=3～10。

4.2 其次，要合理選擇切削用量，在工藝系統(tǒng)剛度確定的前提下，隨著背吃刀量和進(jìn)給量的增大，切削力、切削熱隨之增大，使變形加大，對(duì)車削薄壁零件極為不利；而當(dāng)背吃刀量減少，進(jìn)給量增大時(shí)，切削力雖然有所下降，但工件表面殘余面積及表面粗糙度值增大，使強(qiáng)度不好的薄壁零件的內(nèi)應(yīng)力增加，同樣也會(huì)導(dǎo)致零件的變形。

a.粗加工時(shí)，切削速度 Vc=50～80m/min；背吃刀量 ap=0.2～2mm；進(jìn)給量 f=0.2～0.35mm/r。

b.精加工時(shí)，切削速度 =60～120m/min；背吃刀量 =0.2～0.5mm；進(jìn)給量 =0.08～0.15mm/r。

精車時(shí)選用的切削速度不易過(guò)高，只有合理選擇的切削用量就能減少切削力，從而減少變形。

4.3 要嚴(yán)格區(qū)分粗、精加工的過(guò)程。對(duì)加工精度要求較高的薄壁類零件，應(yīng)把粗、精加工分開(kāi)進(jìn)行。粗、精加工分開(kāi)，可避免因粗加工引起的各種變形，包括夾緊力大而引起的彈性變形、切削熱引起的熱變形以及內(nèi)應(yīng)力引起的變形等。

4.4 要工藝上盡可能采用一次裝夾的方法，如圖11所示，即加工完薄壁零件后，將其切下。

圖11 一次裝夾車削簿壁零件

4.5 根據(jù)加工工件的材料，合理選擇刀具類型及刀片牌號(hào)，以便增加刀具的切削剛度。

4.6 要合理選擇并充分澆注切削液，可以減少刀具與工件的摩擦，使切削力減少，同時(shí)起到降低切削溫度，減少工件熱變形的作用。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在數(shù)控車削薄壁類零件過(guò)程中對(duì)上述技巧的綜合應(yīng)用，參賽選手在遇到此類零件時(shí)已能應(yīng)對(duì)自如，尺寸精度及表面質(zhì)量均有大幅度提高，在各級(jí)各類數(shù)控車技能比賽中屢創(chuàng)佳績(jī)。

[1]王杰,李方信,肖素梅.機(jī)械制造工程學(xué)[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社,2005。

[2]許兆豐.車工工藝學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.