薄壁类零件车削加工的优化设计

常见的采用车削加工工艺的薄壁零件可分为套类薄壁件、环类薄壁件、盘类薄壁件、板类薄壁件、特种型类薄壁件等。

由于这类零件质量轻、用料少、结构紧凑,在机械产品中越来越被重视,应用也越来越广泛。

但薄壁零件的刚性较差,在切削力的作用下,容易引起热变形和产生振动变形,影响到工件的精度和表面粗糙度,加工质量不易保证,因而其加工成了行业内的棘手问题。

本文就薄壁零件车削加工中常出现的问题、解决办法以及加工工艺进行了一些探讨。

1 薄壁零件加工分析
车削薄壁零件的主要问题是壁薄和易变形,而产生变形的主要因素是切削力、夹紧力、切削热和残余应力。

主要体现在以下几个方面。

(1)切削过程中受车削挤压与牵引导致工件变形。

(2)由于薄壁零件刚性低,在切削过程中易产生振动和变形。

(3)薄壁类零件体积小,总的热容量小,温度容易升高和变形。

(4)当每切除一层金属层时,由于应力释放,而引起变形。

(5)装夹时由于径向夹紧力的作用,从而引起变形。

(6)相对位置调整不准,产生壁厚不均,引起工件几何形状变化或变形。

(7)刀具选用不当影响零件的精度和表面粗糙度,造成零件变形。

(8)其他因素引起变形,如机床振动等。

2 解决方法或技巧
薄壁零件在车削加工过程中,主要是受到切削力、夹紧力、切削热和残余应力等因素影响而极易产生变形,所以其难点就
是如何防止和减小工件的变形,可以通过
以下几种方法有效改善加工变形。

2.1优化装夹方案
薄壁工件在装夹中的位置受夹紧力
的影响会使工件相对于刀具的位置发生
改变。

如用普通三爪自定心卡盘装夹时,
由于夹紧力的作用零件会发生变形(变成
三角形),导致内孔加工余量出现不均匀;
当内孔加工完成后,松开卡盘,零件由于
弹性恢复,恢复为圆柱形,而已加工的圆
形内孔会变成弧形或三角形,从而产生
很大的变形而无法保证加工精度。

如图1
所示。

据了解,25%～50%的加工误差是由装
夹引起的,因此通过优化装夹方案来减小
装夹引起的弹性变形是提高加工精度和生
产效率的重要途径。

(1)采用扇形软卡爪装夹。

采用扇形软卡爪装夹薄壁工件,可以
增大装夹时夹持接触面积,使夹紧力均匀
分布在工件夹紧面上,有效减少薄壁套夹
紧变形。

(2)采用芯轴装夹。

芯轴装夹是将工件变形的轴向夹紧力
改为径向夹紧力,且径向夹紧力由内向外
分布,防止装夹变形。

(3)采用开口套装夹。

用开口套将三爪卡盘的三点夹紧改变
为整圆抱紧,三爪卡盘夹持开口套使其变
形并均匀地抱紧薄壁工件后再车削内孔。

夹持开口夹套时要使开口在两夹爪的中间
位置。

(4)采用真空吸附夹具。

薄壁零件有些壁厚很薄,用卡爪夹持
的方法,不能控制其变形,这个时候可以采
用真空吸附夹具来进行夹持,不过要求薄
壁零件本身没有通孔。

2.2选择合理的刀具几何参数,减小工件变
形
刀具不管是钝还是锋利,都会造成工
作变形。

减小切削时的吃刀力将大大减少
工件变形,而采用较大的主偏角、稍大的前
角、较小刀尖圆弧半径的锋利车刀,则吃刀
力较小。

实践证明,最合理的刀具角度是:
采用R型圈屑槽,主前角为了250～300,主
后角为60～100,主偏角为910～930,副偏角
为60～80,刃倾角为00～30。

2.3选择合理的切削方向,减小工件变形
刀具横向夹紧在刀架上,刀尖去除毛
刺即可,刀具由中心向外切削。

此种切削方
向比较合理,会减小工件变形。

2.4选择合理的切削用量,有效避免薄壁工
件变形
粗加工时,背吃刀量和进给量可以大
些;精车时,切削速度为65m/min以下,
走刀量为0.05～0.07mm/r,背吃刀量为
0.055～0.075mm,这样能消除切削过程
中刀具引起的振动,有效地避免薄壁工
件变形。

2.5释放变形应力,保证工件质量
薄壁零件的车削一般应把粗车和精
车加工分开进行。

粗车过后,增加半精车,
并在半精车后加热进行退火处理,可减
小其内应力,并释放内力,减小工件变形,
保证工件质量。

在精车前松动一次夹紧,
或调整一下工件位置后再夹紧,可以减
小外应力,改善薄壁工件变形,从而保证
工件质量。

2.6选择合理的切削液,防止工件变形
选择比热容大、黏度小、流动性好的切
削液,如选择柴油为冷却润滑液,既能降低
工件的表面粗糙度,同时又能吸收大量的
薄壁类零件车削加工的优化设计
石文明
(广州港技工学校 广东广州 510735)
摘 要:薄壁零件在切削力作用下,容易引起变形。

通过对薄壁类零件的加工分析,提出解决方法或技巧,保证薄壁类零件加工的各项技术指标达
到
要求。

关键词:薄壁零件 夹具 变形
中图分类号:TG51文献标识码:A文章编号:1672-3791(2013)02(c)-0084-02
图1
(A)三爪自定心卡盘装夹(B)镗孔后(C)松开后
(下转86页)
. All Rights Reserved.
热量,降低切削温度,防止工件变形。

2.7合理选择刀具,提高工件质量
精车薄壁零件孔时,刀具刃口要锋利,刀杆的刚度要高,修光刃不宜过长,否则会影响工件表面粗糙度。

车削高强度材料的薄壁时,一定要注意刀具逐渐磨损而使工件孔径出现锥度,影响工件精度。

2.8改进机床,减小夹紧力,减少工件变形
利用变频器对机床电路进行改进,使机床实现慢启动,这样薄壁零件可在很小的夹紧力下夹持,防止薄壁零件在加工过程中变形。

3 结语
薄壁类零件在机电类产品中应用越来越多,对产品的质量要求也越来越高,通过对上面的方法分析和技巧讨论,保证了工件的尺寸及加工精度,同时降低生产成本,提高生产效率,解决了行业中的棘手问题。

参考文献
[1]王建中,陈陆帮.薄壁类零件车削加工
工艺方法[J].新技术新工艺,2010(11):26-27.
[2]雷奋红.浅析薄壁零件加工装夹方法及
车削加工技巧[J].万方数据.
[3]实用车削操作技巧450[M].化学工业出
版社.
[4]吕凤环.薄壁零件的车削加工[J].现代
制造技术与装备.2012(2)36-38.
[5]袁哲俊.金属切削刀具[M].上海科学出
版社.
[6]白丽艳.浅析影响薄壁零件加工精度的
因素及其工艺措施[M].
(1)“EDSC-2型速度传感器实验台测试设备老化”因素。

利用废弃2通道速度接口盒,制作接口盒至试验台连接线,该线一端为14芯插头,一端为7芯插头,两插头A 、B 、C 、D、E 、F、G 芯一一对应连接。

接口盒7芯插座1、2通道(A、B、C、D、E、F、G)与接口盒14芯插座3、4通道(H、I、J、K、L、M、N)对应连接。

这样,测试速度传感器1、2通道时可直接上实验台进行测试(见图1)。

需测试3、4通道时,速度传感器经过接口盒与连接线后,和试验台14芯测试接口连接即可测试,即:速度传感器3、4通道。

通过改造,接
口盒的1、2通道进入试验台进行测试(见图2)。

彻底解决四通道速度传感器地面测试问题。

(2)“抗干扰能力差”因素。

由于监控记录板数据总线(D0—D15)为三态双向信号,为CP U和其他外围器件之间提供数据通道。

CP U对16位宽度外设读写操作时,是将16位数据一次读出或写入,即将文件目录和文件内容一同记录,当有外来高频脉冲干扰时,易造成CP U读写错误而导致误运算,反映到模拟量通道则表现为运算管压、速度值时产生较大误差(如图3)。

通过增加16v/250uf电容,使脉冲宽度减小,频率增加,提高传输性能。

通过调整电容,数据总线即可支持8位又能确保16位数据传送(最大16位)可靠。

在CPU对16位宽度外设进行读写操作时,可一次将16位数据写入,也可将低8位数据(D0—D7)或高8位数据(D8—D15)分别写入,确保运算独立性。

通过16位宽度外部设备与全部数据总线(D0—D15)联接,8位宽度外部RAM则与高8位数据总线(D8—D15)联接,这样所需传输周期数减少,从而保证C P U 与外部RAM数据传送正确,避免模拟量参数运算误差大的情况,从而保证各参数稳定性（如图4,5)。

前后纪录波形,可以看出脉冲宽度减小,频率增加,增强了运算的可靠性。

经验证,通过先期改造了10块监控记录插件,分别上车试验,有专人跟踪记录,经过一个月的实验,这些设备没有发生一起管压、速度抖动的故障,可以认定,该故障基本得到解决。

(3)元件质量差因素。

模拟量入出板的故障多为压力抖动,经过分析验证,故障多发生在同一批次设备上,如2008年6月出厂的模拟量入出板故障集中发生且故障现象相同,同时在与兄弟单位车间交流得知,在安康等车间也发生同批次设备故障高发情况。

但在同样设计的其他批次插件调查中,发现运行却很稳定。

因此,应该是该批次模拟量入出插件部分元器件质量、性能发生了变化。

由于监控板所采样的管压信号属直接采取,为管压直流电平信号,所以可以直接测量管压1信号直流电平,测量后发现管压1电平比其它两路电平低很多,这就说明芯片A13放大倍数不正常。

由于A13是差分运放放大器,它放大倍数R 10/(R 35+R 37)=R81/(R69+R70)=1。

据这个原理,可以断定此路管压不正常的原因为部分阻值发生变化。

因此,测量这几个电阻阻值是否正常,检测结果发现R10的阻值大了2K多,更换一个新150K电阻,再上机测试管压显示恢复正常。

图4 加电容前的纪录波形
图5
加电容后的纪录波形
图3
1、2通道测试实物图 3、4通道测试实物图
图2
(上接84页)
. All Rights Reserved.。