施加祥

（江蘇省高郵中等專業(yè)學(xué)校，江蘇 高郵 225600）

數(shù)控加工作為一種高效率高精度的生產(chǎn)方式，尤其適用于形狀復(fù)雜精度要求高的模具制造業(yè)，以及成批大量生產(chǎn)的產(chǎn)品。此外數(shù)控加工在航空業(yè)、電子行業(yè)及其他多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域都得到了較廣泛的應(yīng)用。從零件圖紙到合格的零件的產(chǎn)生需要有一個(gè)比較嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)控加工過程，不合理的加工工藝不但浪費(fèi)大量的時(shí)間，還無效地增加勞動(dòng)者的勞動(dòng)強(qiáng)度，甚至?xí)庸こ鰪U品來。

在數(shù)控車削加工中，薄壁零件的加工問題，一直是操作者較為頭疼的問題。由于薄壁件本身較薄的特殊性，變形是其最突出的加工問題，因此必須對(duì)工件的裝夾、刀具角度、程序編制等方面進(jìn)行合理的設(shè)置，才能有效地克服薄壁零件加工過程中出現(xiàn)的變形問題，實(shí)現(xiàn)順利加工，保證加工精度。

1 薄壁件變形影響因素分析

薄壁件之所以會(huì)變形，是受數(shù)控加工過程中諸多因素的影響，其影響因素有：材料、裝夾、刀具等，如何將薄壁件的變形降低到最小程度，必須分析諸多影響因素中的最主要素。

（1）受力變形。這種變形影響因素是首先要考慮的。因工件壁薄，夾緊力稍大或者加工時(shí)刀具施加于工件上的切削力都會(huì)導(dǎo)致工件發(fā)生變形。加工過程中，測量被加工的孔尺寸和形狀精度是合格的，但當(dāng)夾緊力去除后，這種變形將導(dǎo)致孔尺寸精度和形狀精度發(fā)生變化。

（2）受熱變形。切削時(shí)，切削量過大、刀具磨損、材料硬度等因素會(huì)導(dǎo)致工件發(fā)熱，因工件較薄，切削熱會(huì)引起工件產(chǎn)生較為明顯的熱變形，在熱脹冷縮的作用下，使工件尺寸精度和形狀精度發(fā)生變化。

（3）振動(dòng)變形。由于工件材質(zhì)不均勻、刀具磨損與運(yùn)動(dòng)的不穩(wěn)定、切削力的變化等，會(huì)使工件旋轉(zhuǎn)或刀具運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)。振動(dòng)會(huì)引起工件變形，直接影響工件的尺寸和形狀精度及表面精糙度。

既然影響薄壁件加工精度的因素找到了，那么我們應(yīng)該如何提高薄壁零件的加工精度呢？筆者結(jié)合加工實(shí)例對(duì)數(shù)控加工工藝進(jìn)行分析，為讀者進(jìn)一步了解薄壁件加工特點(diǎn)提供幫助。

2 薄壁件變形問題的解決技術(shù)

因?yàn)楸”诩庸け容^困難，尤其是內(nèi)孔的加工。在切削的過程中，薄壁受到切削力的作用，發(fā)生變形，會(huì)出現(xiàn)工件加工成橢圓或中間小、兩頭大的“腰形”現(xiàn)象。再加工薄壁件加工時(shí)散熱性能差，產(chǎn)生熱變形，也產(chǎn)生尺寸和形狀誤差，導(dǎo)致零件產(chǎn)生綜合的變形，尺寸和形狀精度達(dá)不到圖紙要求。如何降低切削力對(duì)工件變形的影響，是首先需解決的技術(shù)問題。

（1）采用薄壁銅套管。針對(duì)薄壁件加工極易產(chǎn)生變形、裝夾變形、受熱變形等缺點(diǎn)，在加工的過程中，在所要加工的薄壁部位設(shè)計(jì)一種專用薄壁銅套管，如加工任意直徑d的套筒，制作保護(hù)用套管，如圖1所示：

圖1 薄壁銅管制作

根據(jù)上述圖紙?zhí)峁┑募夹g(shù)要求，工件采用銅管進(jìn)行制作，要求內(nèi)孔和外壁的表面粗糙度為R a 1.6，用車削即可達(dá)到。但是內(nèi)孔的圓柱度為0.03，對(duì)于薄壁零件來說要求較高，所以可以用磨削加工來實(shí)現(xiàn)內(nèi)圓的加工。在批量生產(chǎn)中，工藝路線為：下料—熱處理—車端面—車外圓—車內(nèi)孔—磨削—質(zhì)檢。

將套管長度車至略小于零件長度，并開三條細(xì)縫，做成銅三爪，裝夾在工件上，這樣可以使刀具和卡盤對(duì)工件的作用力均勻地分布在工件表面上，可以對(duì)加工的薄壁件起到防止變形作用。

（2）采用專用護(hù)軸。薄壁件加工前做一件護(hù)軸。護(hù)軸主要目的：是把車好的薄壁套內(nèi)孔以原尺寸套住，用前后頂尖固定使它在不變形的情況下加工外圓，保持外圓加工質(zhì)量和精度，這樣做，適用于先加工孔再加工外圓柱的加工工藝方式。所以，護(hù)軸的加工對(duì)工薄壁套管的加工能起關(guān)鍵作用。

加工護(hù)軸毛坯可用45#碳結(jié)構(gòu)圓鋼，先車端面、開兩頭B型頂尖孔，再粗車外圓，留余量1 m m。經(jīng)熱處理調(diào)質(zhì)定形、精車留0.2 m m余量后研磨。重新熱處理淬火表面，硬度H R C 50，再經(jīng)外圓磨床研磨，使其達(dá)到精度要求，車完后備用。如圖2所示。

圖245#碳結(jié)構(gòu)圓鋼

為能使工件一次性加工形成，毛胚留切斷余量。先把毛坯進(jìn)行熱處理調(diào)質(zhì)處理，硬度為H R C 28～30（可加工范圍的硬度）。

安裝固定工件時(shí)，采用雙頂尖裝夾。首先把前頂尖放進(jìn)主軸錐孔內(nèi)固定，另一端采用活絡(luò)頂尖頂住。為防止夾薄壁套時(shí)的工件變形，增加一個(gè)開環(huán)厚套，如圖3所示。

圖3 開環(huán)厚套

為保持批量生產(chǎn)，薄壁套管外圓的一頭經(jīng)過加工，加工成統(tǒng)一的尺寸d、t，采用開環(huán)厚套，壓緊薄壁套管，實(shí)現(xiàn)軸向夾位。薄壁套管被壓緊后，提高車內(nèi)孔時(shí)的質(zhì)量，保持尺寸精度?？紤]到有切削熱產(chǎn)生，工件膨脹尺寸難掌握，加工時(shí)，需要澆注充分的切削液，減少工件的變形。

用自動(dòng)定心三爪卡盤將工件夾牢，車工件端面，粗車內(nèi)圓，留余量0.1～0.2 m m。換上精車刀把切削余量去除，工件內(nèi)孔加工到護(hù)軸過盈配合和所需表面粗糙度要求即可。卸下內(nèi)孔車刀和工件，插入護(hù)軸至前頂尖，用尾座頂尖夾緊護(hù)軸，換外圓車刀粗車工件外圓，再精車工件達(dá)圖紙要求。經(jīng)過檢驗(yàn)合格后，用切斷刀按長度要求將工件切斷。

通過以上兩種方法加工薄壁套管，解決了變形或造成尺寸誤差和形狀誤差而達(dá)不到加工精度的問題，實(shí)踐證明加工效率較高、較快，易于操作，并且適合加工較長的薄壁零件，尺寸容易掌握，一次性完工，批量生產(chǎn)也較為容易。

3 薄壁件孔的加工技術(shù)研究

車薄壁件孔的關(guān)鍵技術(shù)是解決內(nèi)孔車刀的剛性和排屑問題。

（1）增加內(nèi)孔車刀的剛性，我們采用以下措施：①盡量增加刀柄的截面積，通常將內(nèi)孔車刀的刀尖位于刀柄的上面，這樣刀柄的截面積較小，還不到孔截面積的1/4,如圖3所示：

圖3 內(nèi)孔車刀

若使內(nèi)孔車刀的刀尖位于刀柄的中心線上，那么刀柄在孔中的截面積就可大大增加。②刀柄伸出長度盡可能做到比加工工件長度長5～8 m m，以增加車刀刀柄剛性，減小切削過程中的振動(dòng)。

（2）解決排屑問題。解決排屑時(shí)，主要控制切屑的流出方向，粗車刀要求切屑流向待加工表面（前排屑），所以采用正刃傾角的內(nèi)孔車刀。如圖4所示。

圖4 正刃傾角的內(nèi)孔車刀

4 薄壁件的加工刀具選用和切削用量的選擇

（1）選用適合工件特性的刀具。如為了滿足鋁合金加工特性，粗車可采用Y D 101硬質(zhì)合金刀具，精車時(shí)采用聚晶金剛石刀具。其刀具角度是前角5°～20°，后角4°～12°，主偏角30°～90°。粗車刀具主偏角可取小值，精車刀具主偏角可取大值，以發(fā)揮粗精加工刀具的切削功能，保證加工質(zhì)量的穩(wěn)定性。

（2）切削用量的選擇。切削力的大小與切削用量密切相關(guān)，在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：切削深度和進(jìn)給量同時(shí)增大后，由于切削力增大而工件變形也增大；減小背吃刀量增大進(jìn)給量時(shí)，其切削力反而有所下降，但零件加工表面的切削殘留應(yīng)力增大，表面粗糙度值增大。選用合適的切削用量是防止薄壁件變形的有效措施之一。

（3）切削液選用調(diào)配 根據(jù)該工件材質(zhì)以及刀具等因素綜合考慮，可選用乳化液，采用較高濃度的配比，能有效地降低切削熱，減少熱變形。

5 結(jié)語

一般數(shù)控機(jī)床的加工工藝和普通機(jī)床的加工工藝大同小異，但數(shù)控機(jī)床能夠通過程序自動(dòng)完成機(jī)床的加工，減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)能夠更為精確地加工出合格零件。由于數(shù)控加工整個(gè)加工過程都是自動(dòng)完成的，因此我們?cè)诩庸ち慵熬捅仨毎鸭庸み^程做一個(gè)比較合理系統(tǒng)分析，做好加工前期準(zhǔn)備工作，確保零件尺寸、形狀、位置精度，避免不合格品的產(chǎn)生。

通過生產(chǎn)加工實(shí)踐證明，采用以上加工方案進(jìn)行加工的薄壁件質(zhì)量能滿足實(shí)際需要，不但能達(dá)到薄壁件的尺寸、形狀、位置等的精度要求，而且工件表面的粗糙度與裝配的質(zhì)量都能符合設(shè)計(jì)圖紙的要求。通過以上的加工工藝和加工方法加工薄壁件，能為加工同類零件或機(jī)械加工件提供借鑒。

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