大型薄壁套筒件立车装夹变形的控制
薄壁零件装夹变形原因及控制
薄壁零件装夹变形原因及控制精密薄壁零件是目前制造业发展的一个重要方向,薄壁零件的装夹是其生产制造中的一个重要环节,但由于工艺不合理,对薄壁零件认识不够等因素造成的装夹变形时有发生。
该文分析了薄壁零件装夹变形的产生原因,并提出了一些控制对策。
薄壁零件,装夹变形,原因,对策薄壁零件的加工变形,一直是机械加工制造业的一个难题,很多国内外学者都对薄壁零件的加工变形问题进行了分析了研究,使得薄壁零件的加工技术有了一定的突破。
实际工作中,要想通过合理的对策解决薄壁零件的加工变形问题,就要首先认清产生变形的原因。
1.薄壁零件装夹变形的成因及区分薄壁零件出现变形有很多的原因,在设计零件的过程中,不仅要考虑零件设计结构的工艺性,还要提高零件结构的刚性,防止在加工中出现变形,尽可能保证零件结构对称、薄壁厚度均匀,选择毛坯时,最好选择没有内应力的原材料。
在制造系统中,零件加工变形的主要因素有,工件的装夹条件。
由于薄壁零件的刚性比较差,加工时不恰当的选择央紧力与支承力的作用点,导致附加应力,夹、1压的弹性变形会一定程度上影响零件表面的尺寸精度和形状、位置精度,导致变形。
加工残余应力。
在零件加工过程中,由于刀具对已加工面的挤压、刀具前刀面与切屑、后刀面与已加工表面之间的摩擦等综合作用,导致零件表层内部出现新的加工残余应力。
由于不稳定的残余应力的存在,一旦零件受到外力作用,零件就会在外力与残余应力的作用下产生局部塑性变形,重新分配截面内的应力,去除外力作用后,零件就会受到内部残余应力的作用出现变形。
这种由于切削过程中残余应力的重新分布,造成的零件的变形,会严重影响加工质量。
切削力和切削热、切削振动。
为了避免被加工材料产生弹性变形、塑性变形以及刀具与切屑和工件之间的摩擦,切削过程会产生切削力和切削热,在两者作用下,很容易导致零件振动和变形,进而影响零件的质量。
另外,造成零件变形的影响因素还有机床、工装的刚度,切削刀具及其角度、切削参数和零件冷却散热情况等。
薄壁件产品加工变形控制方案设计
薄壁件产品加工变形控制方案设计发布时间：2021-05-18T09:42:40.540Z 来源：《基层建设》2020年第31期作者：张永振王虎王宁刚[导读] 摘要：薄壁件产品在加工时，由于形状结构复杂，相对刚性较低，导致加工工艺性较差。
中车戚墅堰机车有限公司江苏常州 213011摘要：薄壁件产品在加工时，由于形状结构复杂，相对刚性较低，导致加工工艺性较差。
在机械加工中，工件在压装、切削等过程中会产生一定的变形量，薄壁件的加工变形量尤其严重，主要分为以下三种：工件装夹变形、工件加工变形和加工后应力变形。
针对精度要求较高的工件，为提高产品精度，在加工过程需要严格控制工件变形量。
关键词：薄壁件加工变形1 背景公司一种新产品，为减轻重量，设计为薄壁件，部分位置壁厚只有8-12mm。
根据图纸进行分析，整体高度265mm,内部多个台阶孔，尺寸ø315-ø348mm，精度需要控制在0.06mm以内，上下孔同轴度要求0.05mm，产品尺寸要求和形位公差要求较高。
相对于目前生产的其余产品，精度高、壁厚小，加工变形量较大，无成熟加工经验可以借鉴。
2 变形控制方案2.1 加工应力释放铸造毛坯内部残余内应力会使毛坯在加工过程中处在不稳定的状态中，铸造毛坯会向着恢复到没有内应力的状态不断变化，毛坯外形和尺寸变化越大，变化越大。
切削加工时，表面层金属被去掉，原有的应力平衡状态被破坏，工件就会发生变形，使应力达到新的平衡状态。
因此，在产品在加工时，首先通过划线，测量各面加工余量，合理分配加工余量。
根据测量，内孔直径方向余量约为10mm,平面余量约为6mm,由于余量较多，需要将产品加工分为粗加工、半精加工和精加工，粗加工时，内孔和平面留约3mm余量，半精加工时，余量控制在0.5-1mm。
在加工过程中，不断释放应力，以减少最后精加工时的变形量。
2.2 工件压装变形控制2.2.1一工位压装变形控制在一工位精加工前，在立加上根据立车加工的上平面为基准，将需要压装的区域平面铣平，铣平区域用于一工位精加工时产品快速校调。
薄壁类零件装夹变形工艺控制
图1 主传动壳体三维图2018年第11期
2018年 第11期冷加工
表1 不同夹紧力矩、顺序条件下变形量对比 （单位：mm ）
夹紧顺序 力矩
1-2-3-4-5
1-2-4-5-3
1-4-3-2-51-4-2-5-3平均变形量
7N·m 工件加工过程中产生松动，力矩过小10N·m 0.0250.0250.0330.0300.02813N·m 0.0300.0260.0280.0480.03315N·m
0.035
0.030
0.055
0.060
0.045
（a ）装夹方案一（右端面无约束） （b ）装夹方案二（右端面有约束）
图3 工件装夹方案夹紧顺序
Technique soluTions 工艺方案
5.结语
本文通过对薄壁类零部件（主传动壳体）装夹力及装夹系统进行有限元分析，以装夹系统
壁件的装夹变形机理分析与控
制技术[J]．机械工程学报，2007，43（4）：211-216. [2] 汪振华，袁军堂，郑雷，黄建
表2 工艺流程及加工内容优化
更改前更改后
粗加工右端面孔粗、精加工右端面孔
精加工两端大孔及右端孔精加工两端大孔
图 4
（a）夹紧变形控制（b）辅助支撑变形控制
图 5
专家点评。
薄壁零件加工变形分析及控制方案
该产品的F 1为23%。
剩余的/冗余0零件大部分是紧固件或连接件,通过修改设计,大多数可以和其相连接的机体零件合并。
通过设定具体装配环境的装配难度系数,可以对装配规划产生的多种装配方案分别进行装配过程复杂度评价,以比较不同方案装配过程的优劣。
5 结论本文提出的方法是对面向装配的设计技术的一个补充和完善。
通过该方法的实施,可以在满足功能要求的情况下大大简化装配模型,使后续的装配序列和路径规划变得简单。
通过对装配复杂度和装配成本的分析,可以优选出不同的可行装配方案,这些都必将显著节约产品装配时间和降低装配成本。
参考文献:[1] 姜华.机械产品的装配规划研究:[博士学位论文].武汉:华中理工大学,1997.[2] 高峰.并行工程环境下的面向装配设计系统的研究与实践:[硕士学位论文].武汉:华中理工大学,1997.[3] 张林煊,童秉枢,张新访等.一种实用的综合集成D FA 系统的研究.清华大学学报,1998,38(11):69~72[4] 宋玉银.集成化面向装配的设计研究.机械工程学报,1999,35(5):67~71[5] Bo othroy d G,D ewhrust P.Desig n o f Manufacture and As 2sembly:The Boo thro yd-Dew hurst E xperience Desig n for X HU AN G G.Q.Chapman &Hall 1996:19~40[6] Paul G.Leney Case Experience with Hitachi,Lucas andBo othroyd-Dew hurst D FA Methods Desig n fo r X HUA NG G.Q.Chapman &Hall 1996:41~71[7] Z HA X F.Integ rated Kno wledge -Based Assembly Se 2q uence Planning.Advanced Manufacturing Technolo gy,1998,14:50~64(编辑 周本盛)作者简介:管 强,男,1972年生。
大型立装类壁板变形控制
大型立装类壁板变形控制摘要：大型壁板类零多为结构件，特点为零件尺寸大、重量重、长度及宽度相对于厚度的比值大，属于薄壁件范畴。
其特点决定了平行于工作平面的惯性矩远大于垂直于工件平面的惯性矩，当重力平行工作平面时因自重产生的变形小，垂直于工作平面时产生的变形大。
依据工作平面相对于水平面位置可分为与水平面平行的平装类平板及与水平面垂直的立装类壁板。
在大型立装类壁板制造过程中因设备、工艺等因素的影响可能会采用平放加工，此时因放置状态与工作状态不一致，消除重力对工件变形的影响极为重要。
本文以某工程中一件大型立装壁板为例，介绍一种运用软件分析、摄影测量技术控制龙门铣加工立装类壁板变形的方法。
关键词：大型壁板、变形分析、变形控制、摄影测量1、平放加工必要性在大型零件制造中常用的设备有以落地镗铣床代表的卧工加工机床及以龙门铣为代表的立式加工机床。
因机床自身结构原因，在加工大型壁板类零件上各自优缺点都非常明显。
大型落地镗铣床为卧式加工设备，主轴方向为水平方向。
使用落地镗床加工立装类壁板时可做到加工放置状态与工作状态一致，能有效的避免工件立、卧状态转换时因重力因素导致工件平面度变化。
但立装类壁板因厚度较小、立放时工件重心高，导致装夹难度大，且有较高安全风险，需制作大量工装确保装夹安全性。
同时立放加工时顶部离工件台距离大，导致刚性较差，铣面粗糙度较难保证，加工效率低对加工刀具要求高。
大型龙门镗铣为立式加工设备，龙门架结构能很好的保证在X轴、Y轴全行程内机床主轴端面距工作台距离的一致性，非常适合加工大型平面。
使用龙门铣加工立装类壁板时，工件重心低，装夹简单，无额外保护工装，装夹经济、便利、快捷；同时仅靠自重产生的摩擦力即可抵消精加工时的刀具切削力，为工件在自由状态下精铣面提供了条件。
使用龙门铣加工立装类壁板时重力相对于工作面的方向与工作状态不一致。
因工件自身重量影响，很容易出现因支撑不当导致的两种状态下平面度差异过大的情况。
薄壁件装配变形及控制技术研究
薄壁件装配变形及控制技术研究摘要：在安装过程中，薄壁型配件的安装相对难度较大，容易发生形变，从而导致安装效果不能满足实际需求，造成经济损失。
本文对薄壁件装配过程中产生形变的原因及方式进行综合分析，找出薄壁件安装过程中所需要注意的问题，希望可以减少安装过程中的部件损坏，提高安装效率，降低成本损耗。
关键词：薄壁件；装配；变形；控制技术1前言通常情况下，将几何形状件某一方向上的几何尺寸远远大于垂直于该方向横截面的特征尺寸的部件称为薄壁件，如壁厚与直径比小于1/20的圆筒形部件等。
在许多机械安装过程中，都存在着大量的薄壁件的使用，并且以圆筒为主要的存在形式。
在安装过程中，薄壁件的安装难度系数相对其他零件更大，容易在安装过程中发生变形甚至损坏，从而导致安装工作无法顺利进行，造成大量的经济损失。
因此，在加工过程中，要对这一部分部件采取特别的安装方式，以避免上述情况的产生。
2薄壁件加工产生变形的原因2.1工件材料力学性能的影响由于材料本身的弹性模量不同，其所可以承受的应力也有所不同。
例如，钢的弹性模量约为206GPa，而航空铝合金材料7050-T7451的弹性模量仅为钢的1/3左右。
在薄壁件安装过程中，弹性模量较小的材料在加大的屈强比作用下极易发生回弹现象，从而发生形变。
同时，有些薄壁件在设计过程中有着复杂的结构特征，材料去除率大，加工过程中也会使得工件的刚度下降，从而产生形变。
2.2加工残余应力的影响在某些加工步骤完成后，由于装夹固定等因素容易产生应力的残留，使得工件被动发生形变以达到平衡应力的目的。
这些变形在去除装夹后并不能自主恢复，且随着时间的流逝而逐渐显现出来，这也是薄壁件发生形变的重要因素之一。
2.3装夹条件的影响经过大量实验验证，装夹条件是导致工件刚度下降的一个重要因素，夹、压是在加工安装过程中所采用的主要固定方案，而此过程中不可避免地会发生一系列的弹性形变，从而使得工件的尺寸、形状和精度等发生一定的改变。
大型薄壁件车加工变形控制
大型薄壁件车加工变形控制作者：马英赵昌辉赵凤来来源：《科技创新与应用》2016年第30期摘要：文章介绍了根据现场试验，通过优化加工刀具、优化工艺路线、优化切削参数、优化装夹方案等积累的一些大型薄壁零件的车加工变形控制方法和经验。
关键词：薄壁零件；变形控制；方法引言零件毛坯在铸造、锻压、焊接等过程中，由于受热、冷却的作用，在零件内部产生残余内应力，导致工件处于特别不稳定状态，降低了工件的尺寸精度，使工件在工作过程中产生应力变形，因此加工变形是薄壁弱刚性构件普遍存在的问题。
大型薄壁壳体零件，存在两个加工弊端，一是受零件形状和锻造工艺限制，毛料余量大；二是受零件材料的影响，一般大型薄壁零件均采用高温合金、钛合金等难加工材料，零件的切削性能差，这样就给变形控制带来一定的难度。
下面就从以下几方面介绍大型薄壁零件的车加工变形控制。
1 合理安排加工路线对于毛料余量很大的零件，车加工路线分为：粗加工、半精加工、精加工，同时要合理分配各工序加工余量，在粗加工后安排去应力热处理工序，这样可以消除毛料中的残余应力；在半精加工后进行自然时效或振动时效等方法消除加工应力，减少零件变形。
半精车后一定要求安排车基准工序，保证加工基准面的平面度要求，提高加工质量。
振动时效消除零件残余应力的方法比自然时效需要的时间短，可以缩短零件的加工周期，这种方法将是未来的发展方向。
2 通过夹具、辅助支撑等方式增强零件的系统刚性由于薄壁零件的外型多样，零件自身刚性差，在装夹时压紧位置的受力不同，所产生的变形量就会不同。
实践证明，增大零件与夹具的受力接触面，减少零件的共振现象，可有效的降低零件的变形。
某大型薄壁机匣（直径在1.3米，高0.46米），在粗车内外圆时，通过袋装砂砾子放置在零件内圆，橡胶带缠绕在外圆的方法，增到阻尼，有效减震，控制零件的加工变形。
精加工时夹具采用内外分级辅助支撑结构，内圆均布8点两级辅助支撑，外圆均布12点3级辅助支撑。
薄壁套筒类零件在车削加工中预防变形和振动的技术措施马立军梁斌马国宗
薄壁套筒类零件在车削加工中预防变形和振动的技术措施马立军梁斌马国宗发布时间：2023-05-14T16:50:07.512Z 来源：《中国科技信息》2023年5期作者：马立军梁斌马国宗[导读] 薄壁套筒类零件在车削加工时存在装夹变形和热变形，严重影响产品的加工质量。
本文通过对加工过程中产生零件变形的原因进行分析，采用合理的工艺方法减少薄壁零件在加工过程中发生变形。
中航西飞汉中航空零件制造有限公司陕西汉中 723210摘要：薄壁套筒类零件在车削加工时存在装夹变形和热变形，严重影响产品的加工质量。
本文通过对加工过程中产生零件变形的原因进行分析，采用合理的工艺方法减少薄壁零件在加工过程中发生变形。
关键词：薄壁；加工变形；一、引言因薄壁套简类零件本身特性，其零件壁厚较小、刚性差，受力或受热时极容易发生变行，车削过程中容易产生振动，对加工造成极大困扰，零件质量难以保证，严重影响加工效率。
减小零件受热变形，避免零件在加工过程中发生振动，则是车削薄壁套筒类零件保证质量的两大技术难点。
二、原理分析1.在车削加工时，如果直接用三爪自定心卡盘装夹薄壁套简类零件，常会出现如图1所示的现象。
2.薄壁套筒类零件因其刚性差，经三爪自定心卡盘夹紧后，零件因受到夹紧力产生弹性变形，如图1b所示。
在这种夹紧状态下，进行车孔加工，孔径达到技术要求，此时零件的形状如图1c所示，零件的内孔圆而外形不圆。
当零件从三爪自定心卡盘上卸下后，因夹紧力消失，零件弹性变形恢复，使外圆恢复圆形，可是内孔却变为三角形，如图1d所示。
这种装夹零件所造成的零件变形，将会影响加工零件的尺寸精度、轮廓度以及表面粗糙度。
图1.薄壁套筒类零件的装夹变形a）零件半成品形状 b）零件夹紧后的形状 c）车孔后的形状d）零件从三爪自定心卡盘上取下后的形状3.同时，由于该零件壁厚较小，相应的零件实体体积较小，零件的热容量小，切削热无法有效的传递出去，因此很容易引起零件热变形，使得零件加工尺寸难以控制。
薄壁零件加工变形的原因分析及控制方法
薄壁零件加工变形的原因分析及控制方法摘要：在科学技术水平不断提高的今天，越来越多先进的技术和零件被不断的研发出来，并且在实际的应用过程当中能够发挥出良好的作用。
就从目前的情况看来，薄壁零件自身重量比较轻，整体的结构也比较紧凑，该零件在通常的情况下都会应用于航空、船舶等多种产品当中。
不过，薄壁零件在实际的加工过程当中往往会受到很多因素的影响，从而导致零件变形的情况，进而对产品质量造成很大程度的影响。
为此，相关企业需要对薄壁零件加工变形原因进行充分地分析，根据实际的情况来采取措施进行控制。
关键词：薄壁零件；加工变形；原因；控制前言通过实际的调查发现，现阶段我国航天航空和船舶工业随着社会整体经济水平的提高而得到了进一步发展，在这种情况下它们对生产的零件也有着较高的要求。
为了能够进一步提高薄壁零件的各项性能，相关企业在实际加工过程中要对影响其变形的原因予以足够的重视，并且对薄壁零件的加工特点进行充分地分析和了解，这样才可以对其进行有效地控制，为企业带来一定的经济效益。
一、导致薄壁零件加工变形的原因分析就从目前的情况看来，部分企业在对薄壁零件加工过程当中导致其发生变形的因素比较多，这些因素可以分为零件的刚度、工具夹装、走刀路线、切削参数等，对薄壁零件加工变形影响程度最大的三个方面是：切削力、装夹力和残余应力，这就要求加工人员要对这些方面进行充分地分析，在此基础上采取相应的措施来对加工方法进行不断的改进和调整，这样才可以保证薄壁零件在加工过程当中不会发生变形。
（一）加工过程中的切削力在通常的情况下，薄壁零件在加工过程当中切削力主要可以对其实际的尺寸、形状和位置造成一定程度的影响，切削力往往也会受到很多方面的影响，加工人员没有对零件进行充分分析而导致切线参数设置不合理，在实际进行切削的时候就会出现一定的误差还有就是加工人员对切削刀具的磨损程度没有进行充分地分析了解，这样就会导致切削无法达到预期的标准。
这些因素都会对切削力的设定值带来一定程度的影响，薄壁零件受到应力与热量之间的相互影响而最终就会出现变形，其自身的质量也会进一步的降低。
大型薄壁件车加工变形控制
大型薄壁件车加工变形控制文章介绍了根据现场试验，通过优化加工刀具、优化工艺路线、优化切削参数、优化装夹方案等积累的一些大型薄壁零件的车加工变形控制方法和经验。
标签：薄壁零件；变形控制；方法引言零件毛坯在铸造、锻压、焊接等过程中，由于受热、冷却的作用，在零件内部产生残余内应力，导致工件处于特别不稳定状态，降低了工件的尺寸精度，使工件在工作过程中产生应力变形，因此加工变形是薄壁弱刚性构件普遍存在的问题。
大型薄壁壳体零件，存在两个加工弊端，一是受零件形状和锻造工艺限制，毛料余量大；二是受零件材料的影响，一般大型薄壁零件均采用高温合金、钛合金等难加工材料，零件的切削性能差，这样就给变形控制带来一定的难度。
下面就从以下几方面介绍大型薄壁零件的车加工变形控制。
1 合理安排加工路线对于毛料余量很大的零件，车加工路线分为：粗加工、半精加工、精加工，同时要合理分配各工序加工余量，在粗加工后安排去应力热处理工序，这样可以消除毛料中的残余应力；在半精加工后进行自然时效或振动时效等方法消除加工应力，减少零件变形。
半精车后一定要求安排车基准工序，保证加工基准面的平面度要求，提高加工质量。
振动时效消除零件残余应力的方法比自然时效需要的时间短，可以缩短零件的加工周期，这种方法将是未来的发展方向。
2 通过夹具、辅助支撑等方式增强零件的系统刚性由于薄壁零件的外型多样，零件自身刚性差，在装夹时压紧位置的受力不同，所产生的变形量就会不同。
实践证明，增大零件与夹具的受力接触面，减少零件的共振现象，可有效的降低零件的变形。
某大型薄壁机匣（直径在1.3米，高0.46米），在粗车内外圆时，通过袋装砂砾子放置在零件内圆，橡胶带缠绕在外圆的方法，增到阻尼，有效减震，控制零件的加工变形。
精加工时夹具采用内外分级辅助支撑结构，内圆均布8点两级辅助支撑，外圆均布12点3级辅助支撑。
加工中采用打表的方式进行支撑，避免支撑力过大，加工中产生弹性变形。
该种装夹方式，有效地增强了大型薄壁零件的切削刚性，减小零件加工过程中产生的振动、应力变形和让刀现象，保证零件的表面加工质量。
论大型薄壁件车加工变形质量控制
龙源期刊网
论大型薄壁件车加工变形质量控制
作者：万秀屏谭薇范鑫赵鹏飞冯欣明
来源：《中国新技术新产品》2012年第13期
摘要：以某发动机上的某大型薄壁件为研究对象，在数控立车设备上，通过设计专用车
加工夹具控制零件变形、选用专用机夹刀具，编制数控加工程序，选择合理的切削参数，控制零件加工中的变形，保证零件从研制到批产的过渡，稳定了工序加工质量，提高了加工效率，解决大型整体薄壁鼓筒类零件加工瓶颈问题，有效地促进大型钛合金薄壁件加工工艺技术水平的进步和提升。
关键词：薄壁件；型面复杂；加工变形；质量控制。
浅谈薄壁零件加工变形的原因及控制方案
１ ２ ８ ・
科 技及控制 方案
杨 立 新
（ 哈 尔滨经济技术 开发 区基础设施开发 建设 总公 司， 黑龙 江 哈 尔滨 １ ５ ０ ０ ６ ０ ）
摘 要： 薄壁零件 因其本身具有的重量轻、 结构 紧凑等优点被广 泛的应 用于航 空产品与船舶 产品 中， 同时薄壁零件也有 着刚度 差的 问题 ， 因此在加 工过程 中容 易出现零件 变形 的情况。根 据薄壁零件所存在的 易变形的问题 ， 着重分析在加 工中造成薄壁零件 变形 的原 因， 通过 实际分析 ， 找 出其 中盼 问题 ， 结合 实际的加 工经验 ， 探 索如 何对加工过程 进行 控制 ， 避免零件 变形 ， 依据数据进行加工控制的改进 ， 保 证薄壁零件尺寸、 形位的准确度与质量。 关键词 ： 薄壁零件 ； 加 工变形 ； 控制 ； 精确度
受 到现代科学技术发展的影响 ， 航空航天技术与船舶技术都在 刀 时， 刀具会对工件 的内壁产生挤压力 ， 同样会使薄壁工 件发生变 不断的进步 ， 与此同时 ， 这些产品的质量也有 了更 高的要求 ， 对这些 形 。 受不 同进刀方式 的影响 ， 加工变形的问题也有所不 同， 因此在进 产品的需求也走 向安全化 、 稳定化 、 轻量化 。在这些产 品中 ， 薄壁零 行薄壁零件 加工时 ， 要 根据实际 的加工情 况进 行相应 的调整 ， 使进 件 在许 多重要结构 中被广泛应用 ， 其关系着这些产品 的运行质量与 刀方式对零件的影响 降到最低 。 安全。薄壁类零件具有结构复杂 、 形状特殊 、 刚度较低 的特点 ， 并且 ２ ． ４ 采用高速切削加工。在加工技术 日益成熟 的今 天 ， 多 工序 应用于重要部位 ， 因此此类零件加工时对其精度与加工工艺 的要求 高度集 中的加工方式可 以在加工 过程 中大 幅度 降低 由于人为 因素 更高 ， 而在加工过程 中 ， 造成薄壁零 件变形是其发展 过程 中非常严 而产生 的加工误 差 ， 这种方式也对 防控 薄壁零件 的加 工变形起 到很 重 的问题 ， 因此要 了解 薄壁 零件 的加工特点 ， 对其加工 质量进行控 大促进作用 。 通 常在加工精度要求较 高的薄壁零件时会采用数控高 制。 速切削 的方式 ， 它是一种采用小进 给量 、 多次加工 、 高速切削的加工 １影响薄壁件／ Ｊ ｎ Ｔ变 形的因素 方法 。这种方法可以使切 削热在刀具 的高速转动下被及时带走 ， 有 在薄壁零件加工过程 中， 影 响其加工质量造成零件变形 的因素 效减少 工件表面应力 的产生 ， 使工件 表面始终保持恒温状 态 ， 有效 有很多 ， 其 中零件的刚度 、 工具装夹 、 走刀路线 、 内部应力 、 切 削参数 降低工件 的加工变形 。 等都会造成 零件 出现变形 的情况。 其 中对在加工 中对薄壁零件的加 ２ ． ５增加热处理环节 。 加工零件 内部的残余应力造成加工变形 工变形影响最大的有三个方面 ， 切削力 、 装夹力与残余应力 。 情况 的产生是在薄壁零件加工 中非常常见 的状况 ，在加工过程 中 ， １ ． １加工过程 中的切削力 。对薄壁零 件 的切 削力是 影响其形 零 件内部的残余应力没 有及 时的释放 出来是造 成加工变形 的主要 状、 尺寸 、 位置的最主要 因素 ， 加工 过程 中切 削力受到 的影 响有 多个 原 因。为最大幅度地减少应力 的存在 ， 通常在工件粗加工后需要进 方面 ， 首先是切削参数的设置 ， 其次是切削刀具的磨损程度 ， 这些都 行 退火处理 。典型 的薄壁零 件加工流程应该是 ：粗 加工一退 火处 会影 响切 削力的设定值 ， 而零件受到切 削力的影响 ， 应力与热量 的 理一精加工 。 对于加工精度要求较高 、 极 易发生变形的薄壁零件 ， 还 影 响会造成其变形。 要进行半精加工 ， 必要时还可以反复多次进行热处理 。 １ ． ２工具装夹 的装夹力 。工具装夹是将 刀具利用夹具 固定在相 ２ ． ６优化工件定位方式 。防止薄壁零件加工变形 的方法除 了优 应 的位置上完成切削工作 。而在装夹过程 中， 一旦出现位置偏移或 化加工工艺外 ， 还要优化工件 的定位方式 ， 最大幅度减少工 件因外 是装夹力不够 ， 就会造成在走刀时 ， 切削工具受力影响造成偏移 ， 从 力作用 而发生 的变形 。 通常所用 的定位方式有心轴 、 软爪 、 通用压板 而影响薄壁零件的精度 ， 出现变形 的情况 。 和真空 吸盘定位 。选择哪种定位方式要视零件结构特点 而定 ， 一般 １ ． ３材料内部残余应力。在薄壁零件加工时 ， 对毛坯材料 的切 对 外圆的加工宜选择 心轴定位 ；对 内壁 的加工宜选择通用 压板定 削程度大 、 去 除量高 ， 剩余材料 的刚度也随之减小 ， 零 件内部残余应 位 ； 对精度要求 高且体积较大的零件选择软爪定位 ； 对 生产批量 大 、 力 的释放是根据行刀路线进行改变 的， 因此 加工过程中零件部位的 精度要求高 的零件选择真空吸盘定位 。 刚度也不相 同， 在进行加工时切削力与切削的热量都会使 零件内部 ２ ． ７工艺路线优化 。零件原加工工艺采用 车前后安装边 、 铣削 产生残余应力 ， 这个过程对零件的精度有着很大的影响。零件内部 安装座端面 、 钻孔分开加工 ， 零 件存在多次定位装夹 ， 造成零件尺寸 残余应力是影响零件 加工变形 的最主要的因素。 精 度低 ， 技术 条件难 以保证 。 改进后采用车 、 铣、 钻、 镗合并加工。在 ２ 薄壁 类零件加工变形控制方法 ． 铣 端面及钻镗孔工序 中将 技术要求高 的安装座放在最后加 工 ， 零件 薄壁类零件加工变形 的影 响因素有很多 ， 因此要根据不同的情 变形减小 ， 尺寸及技术条件易于保证 。 况选定相应 的控制措 施 ， 以下几点是在薄壁零件加工控制中常用的 ２ ． ８装夹与支撑技术应用 。该零件加工时壁薄 、 刚性差 ， 加工时 方法 。 易产生振颤 、 让刀及加工变形 ； 为了减小壳体变形量 ， 在夹具设计 中 ２ ． １零件整体 刚度 的利用 。薄壁零件在切 削过程 中由于大部分 采用径 向可调辅助支撑提高零 件径 向刚性 ， 从而增强工艺系统 的稳 的材料 被去除 ， 剩余的部分壁 的厚度 较薄 ， 在加 工中更易 出现 变形 定 性。根据零件 的结构在夹具设计上辅 助支撑采用 ６ 个扇形块 ， 辅 的情况 ， 薄壁零 件的加工势必会 造成零件整体 的刚度下 降 ， 如 果某 助支撑底部 与底座连接处采用 Ｔ型槽形式可实现快速换装 ， 以减小 部分 出现变形 的情况 ， 将会加剧零件整体的变形 。因此可 以利用 零件切削加工过程 中的振颤 ， 从而控制零件的加工变形 。
薄壁件的装夹变形机理分析与控制技术
时元件 m+1 处存在摩擦力。因此，步骤 3 中的工件
静力平衡方程可表达为
Gp(3) Fp(3) = −Wg − Ga(3) Fa(3)
(11)
图 2 夹紧步骤 1
夹紧步骤 1 中的被动元件矩阵与未知的被动接
触力矢量分别为
Gp(1) = [G1,G2 ,",Gm ]
(4)
Fp(1) = [(F1(1) )T , (F2(1) )T ,", (Fm(1) )T ]T =
[
F1(n3)
,
F1(t3)
,
F1ξ(3)
,"
,
F (3) ( m +1) n
,
F (3) ( m +1) t
,
F (3) ( m +1)
ξ
]T
⎪ ⎪⎩s.t.
F (3) ( m +1) n
=
F(m+1)n
(14)
Fa(3) = Fm+2 = [F(m+2)n , 0, 0]T
(15)
依此类推，图 5 所示的夹紧步骤 j 中工件平衡
图 4 夹紧步骤 3
夹紧步骤 3 中的被动与主动元件矩阵、未知的
被动接触力与已知的主动接触力矢量分别为
Gp(3) = [G1,G2 ,",Gm ,Gm+1]
(12)
月 2007 年 4 月
秦国华等：薄壁件的装夹变形机理分析与控制技术
213
Ga(2) = Gm+2
(13)
⎧⎪⎪Fp(3) ⎨
= [(F1(3) )T , (F2(3) )T ,", (Fm(3+)1)T ]T =
薄壁类壳体零件车加工形状精度的影响因素分析和控制
薄壁类壳体零件车加工形状精度的影响因素分析和控制龚安华（罗托克阀门控制技术（上海）有限公司，上海201108）摘要：以某电动执行器产品的电机壳体薄壁零件为研究对象，在数控立车设备上加工，通过设计专用车加工夹具来控制加工过程中的工件变形和振动，制定合理的加工工艺顺序来减少工件内部应力释放对工件变形的影响，选用合适的专用刀具及合理的切削工艺参数来减少加工过程中切削力对工件变形的影响，并经过加工验证该零件获得了整体变形量小于0.015mm 的良好效果，最终顺利完成了该零件的加工和交付使用。
该薄壁壳体零件加工工艺的探索和改进，为该类薄壁壳体零件的车加工工艺策划水平的提高积累了宝贵的经验。
关键词：薄壁类；壳体零件；车加工变形；精度控制0引言某型号执行器产品的驱动电机壳体是典型的薄壁壳体类零件，该零件直径在200mm 以上、机体长度接近400mm ，但壁厚较小，最薄处只有6mm 左右，如图1所示。
由于该零件的形状位置精度会直接影响到电机的效率、电流、噪音等参数，属于执行器产品的关键部件，所以相关尺寸的尺寸精度和位置精度均要求较高，使用常规的车加工工艺，要满足该零件的尺寸精度和位置精度难度很大。
另一方面，由于该型号产品年用量只有几十套，属于小批量零星加工的零件，所以从加工的经济性角度来考虑，直接投资高精端设备和复杂夹具的可能性较小。
基于以上客观条件，最终确定使用通用的数控立车配合设计专用车夹具来完成该新项目零件的加工任务。
1薄壁零件车加工变形的分类及特点在薄壁类壳体零件车加工过程中，通常会因为夹具的夹紧力、工件的刚性、材料内应力及毛坯的形状精度等因素影响（有时是单一因素影响，有时是多个因素综合影响），导致加工后的零件形状精度不达要求。
通常包含以下几类加工变形：（1）夹紧力变形。
该类变形是指由于夹具夹紧力作用在加工工件上导致的工件变形，即经过加工去除材料后，在消除夹紧力后工件重新恢复形状的变形，这个变形通常跟夹紧的方式和夹紧力的方向有关，工件变形量随夹紧力的变化而变化，有比较强的规律性，图2所示为一种典型的三爪车夹具形成的夹紧力变形。
大直径薄壁件加工变形的控制技术
大直径薄壁件加工变形的控制技术■■中车株洲电机有限公司 （湖南 412001） 许 欣 段宗玉摘要：针对大直径薄壁件车削加工中的夹持变形问题提出了新的装夹方案。
分别建立薄壁件车削力学模型和工件轴向夹持力学模型，理论计算出薄壁件在一定切削参数下的受力状况；通过有限元方法对工件车削和工件装夹进行了仿真分析，分析薄壁件的加工变形量和夹持变形量；最后通过试验验证该工装设计的可行性，并确定了工装装夹力的合力大小。
同时利用有限元模拟的方法，为工艺性研究开拓了新的思路。
随着轨道交通、航空工业和新能源等大型制造业的兴起，一体式结构的大型工件加工也越来越普及。
在加工过程中，薄壁件加工的变形规律并不明确，切削、装夹等工艺参数只能借鉴制造经验进行设定，在工艺提升上难有突破，工件易产生尺寸超差的问题，加剧了企业的不必要浪费。
本文从工件理论受力分析、有限元分析以及实物验证三方面入手，验证工装设计的可行性，并探索工装夹持的合理参数。
1. 工艺分析（1）工艺难点分析。
对于大直径薄壁件，以图1为例，其外径为576mm，总长为480mm，壁厚为10m m。
该工件所用材料为Q345钢，加工精度等级为7级，表面粗糙度值要求为R a＝3.2μm。
该工件内部与螺纹内水套装配，并在两端焊接法兰，构成电动机的水冷机座。
考虑工件的刚度和热套工艺，该工件内圆圆柱度控制在0.5mm以内。
圆筒结构采用车削方式进行加工。
在加工过程中，工件受到刀具施加的切削力以及工装的夹紧力。
大直径薄壁件的径向薄壁面刚性较差，若工件利用车床配置的三爪自定心动力卡盘进行定位，薄壁件径向受力会产生较大变形，导致薄壁件内圆圆柱度超差；若装夹力较小，在车削过程中离心力极易引起工件振动，加工过程容易损伤刀具，同时表面粗糙度也难以达到要求，甚至有可能导致工件飞出。
综上，大直径薄壁件不适宜直接用三爪自定心卡盘进行夹持。
从圆筒薄壁件的结构来看，其轴向有更强的刚性，轴向装夹的受力面为端部圆环面，受力均匀，能够承载一定的压力。
薄壁零件装夹变形原因及控制
薄壁零件装夹变形原因及控制精密薄壁零件是目前制造业发展的一个重要方向,薄壁零件的装夹是其生产制造中的一个重要环节,但由于工艺不合理,对薄壁零件认识不够等因素造成的装夹变形时有发生。
该文分析了薄壁零件装夹变形的产生原因,并提出了一些控制对策。
薄壁零件,装夹变形,原因,对策薄壁零件的加工变形,一直是机械加工制造业的一个难题,很多国内外学者都对薄壁零件的加工变形问题进行了分析了研究,使得薄壁零件的加工技术有了一定的突破。
实际工作中,要想通过合理的对策解决薄壁零件的加工变形问题,就要首先认清产生变形的原因。
1.薄壁零件装夹变形的成因及区分薄壁零件出现变形有很多的原因,在设计零件的过程中,不仅要考虑零件设计结构的工艺性,还要提高零件结构的刚性,防止在加工中出现变形,尽可能保证零件结构对称、薄壁厚度均匀,选择毛坯时,最好选择没有内应力的原材料。
在制造系统中,零件加工变形的主要因素有,工件的装夹条件。
由于薄壁零件的刚性比较差,加工时不恰当的选择央紧力与支承力的作用点,导致附加应力,夹、1压的弹性变形会一定程度上影响零件表面的尺寸精度和形状、位置精度,导致变形。
加工残余应力。
在零件加工过程中,由于刀具对已加工面的挤压、刀具前刀面与切屑、后刀面与已加工表面之间的摩擦等综合作用,导致零件表层内部出现新的加工残余应力。
由于不稳定的残余应力的存在,一旦零件受到外力作用,零件就会在外力与残余应力的作用下产生局部塑性变形,重新分配截面内的应力,去除外力作用后,零件就会受到内部残余应力的作用出现变形。
这种由于切削过程中残余应力的重新分布,造成的零件的变形,会严重影响加工质量。
切削力和切削热、切削振动。
为了避免被加工材料产生弹性变形、塑性变形以及刀具与切屑和工件之间的摩擦,切削过程会产生切削力和切削热,在两者作用下,很容易导致零件振动和变形,进而影响零件的质量。
另外,造成零件变形的影响因素还有机床、工装的刚度,切削刀具及其角度、切削参数和零件冷却散热情况等。
控制薄壁零件变形的工艺措施
另外，机床、工装的刚度，切削刀具及其角度、切削参数和零 件冷却散热情况等对零件的变形也有一定的影响。所有因素中， 切削力、夹紧力以及残余应力，是产生加工变形的主要因素。
心轴
零件
衬套 垫圈 螺母
图 3 轴类薄壁件的心轴定位图
（2）软爪。当采用外圆定位、加工内型面的工艺方案时，夹 紧力不宜集中于工件的某一部分，应使其分布在较大的面积 上，使工件单位面积上所受的夹紧力较小，从而减少其变形。 为此，可以采用扇形软爪，即在卡盘上安装铜制卡爪，根据零 件实际直径镗出扇形定位面，以增加卡爪的宽度和长度。
薄壁结构的零件在加工过程中，因应力释放极易变形，工 艺方法常采用粗、精加工分开进行，并在粗加工后进行去应力 处理，即采用粗加工—去应力热处理—精加工的流程。对于变 形严重的高精度零件，还要安排半精加工，并进行多次去应力 处理。
另外，振动消除应力、深冷处理去应力等措施，效果较好， 但其应用范围需进一步推广。 2.8 合理选择工件定位装夹方法
刀具下刀方式对零件的加工变形有直接的影响。如垂直 进刀方式，对腹板有向下的压力，会引起腹板的弯曲变形；而 水平进刀方式，对侧壁有挤压作用，在刀具刚性不足时造成让 刀，从而影响加工精度。
如图 2 中的 a 图所示某零件，凸块高 3 mm，腹板厚 2 mm，选材为 LY12- CZ 铝合金。首次加工时零件平放，用片铣 刀垂直进刀开槽，结果腹板变形严重，且 2 mm×3 mm 凸块有 倒塌的情况出现；改进工艺方法后如图 b 所示竖放，片铣刀水 平进刀，加工完一半后、换另一半加工。然后按相同方法加工 另一方向的槽。按此方法加工的零件变形小、质量稳定。