空心薄壁零件

空心薄壁零件（精选九篇）

空心薄壁零件 篇1

空心薄壁螺纹零件在机械产品中占有较大比重, 如柴油机、汽油机等动力机械, 以及汽车的冷却、润滑部件、进出油管等均为带孔的空心薄壁螺纹零件。

螺纹的加工方法较多, 主要分为切削加工和冷挤压两大类。长期以来, 空心薄壁零件螺纹多在车床上按工序进行集中生产加工, 这种车削螺纹的生产方法, 不仅劳动强度大、生产效率低、操作技术要求高, 而且螺纹的精度低、强度差、刀具和机床寿命短、产品质量不稳定。冷挤压加工螺纹则具有生产效率高、精度高、质量稳定、经济效益好等优点, 因而生产中应用较为广泛。本文重点介绍在普通滚丝机床上, 采取革新措施, 利用心轴支撑实现空心薄壁零件螺纹冷挤压的工艺方法。

2 心轴支撑滚丝工艺

心轴支撑滚丝, 是把滚丝机床上原用于滚丝的支撑导板拆除, 而在滚丝机床的固定滚丝轮和活动滚丝轮之间装置一个与滚丝机两主轴平行的支撑心轴。滚压空心薄壁零件的螺纹时, 将零件孔套在心轴上, 使心轴与被滚压的螺纹零件孔保持合适的间隙, 当薄壁零件受到滚丝轮的挤压作用力时, 由于心轴支撑工件的孔径可以防止薄壁零件变形, 于是在零件的表面上挤压形成完整的牙型。

2.1 支撑心轴的尺寸选择

滚丝支撑心轴的作用与滚丝机床的支撑导板有着相似之处:可以在滚压螺纹过程中, 使工件获得准确的定位, 满足滚压螺纹工艺所需要的支撑条件, 确保工件挤压获得合乎螺纹标准要求的牙型;它们的不同点是:支撑导板以工件的外径作为定位基准, 滚压空心零件的螺纹时, 工件必须具备足够的承受挤压的强度条件, 否则空心零件受到滚丝轮挤压力的作用, 就会被挤成椭圆形, 难以获得标准要求的螺纹零件。心轴支撑是以工件的内孔作为定位基准, 滚压空心零件时, 即使工件不具备承受滚丝轮挤压力的强度条件, 由于工件的内孔受到心轴支撑作用, 仍可避免空心薄壁零件被挤压变形, 确保螺纹精度满足要求。

采用心轴支撑滚压空心薄壁零件螺纹的工艺中, 关键步骤是确定心轴的尺寸, 保证心轴与零件孔的合理间隙。心轴与零件孔之间的间隙不可太大, 也不可太小。如果心轴与零件孔之间的间隙太大, 心轴起不到支撑作用, 滚压螺纹时, 达不到防止工件变形的目的;如果心轴与零件孔之间的间隙太小, 滚压螺纹时避免了零件被挤成椭圆, 但却容易将螺纹挤成喇叭状, 导致被挤压的零件螺纹中径出现倒锥, 大量的试验均证明了这一点。

空心薄壁零件在用心轴支撑滚压加工螺纹的过程中, 受力和变形情况如图1、2、3所示。

空心零件在支撑心轴上滚压加工螺纹时, 工件受滚丝轮挤压力F的作用, 力F可以分解为Fx和Fy两个相互垂直的分力。如图2所示。工件受到滚丝轮的作用力以后, 力传递到支撑心轴上。同样工件也受到心轴作用的大小相等、方向相反的一对力, 工件还受到心轴作用的支撑分力Fn。

空心薄壁零件受到滚丝轮的作用力F, 一方面表层的金属受到挤压而产生塑性变形, 形成零件的螺纹牙型;另一方面, 工件在心轴和滚丝轮的作用下, 整体形状也发生变化。即使得工件孔的左、右壁及上顶部贴合在心轴上, 如图1所示。如果沿工件的轴线A-A剖切零件和支撑心轴, 工件的受力变形情况如图3所示。

由于零件的螺纹端部带有台肩结构, 故可知工件的不同轴向部位的刚性和变形抗力也不相同。很明显, 靠近工件的台肩部位, 材料的刚性大, 变形小, 而远离台肩或靠近零件的口径部位, 材料的刚性减弱, 变形增大。

因此, 工件材料在受到挤压力被反复辗轧的过程中, 产生了延伸变形。工件材料的延伸变形, 既有轴线方向的变形, 又有径向圆周方向的变形。由于零件的材料在轴线不同位置, 受到的辗轧作用力大小不同, 因而在径向变形延伸量也不相同。在靠近工件口径部位受挤压辗轧作用力较大, 故圆周方向延伸量较大;离零件口径远的部位, 受到挤压的辗轧力较小, 故圆周方向延伸增长量较小。因此, 空心薄壁零件在用心轴支撑滚丝的过程中, 由于挤压辗轧作用的结果, 使靠近口径部位的圆周周长比靠近台肩部位的圆周周长大, 使工件的内孔呈现喇叭口状, 螺纹的中径出现严重的倒锥现象。

基于上述分析, 减小支撑心轴靠近零件口径部位的外径尺寸, 增大支撑心轴与零件内孔之间的间隙, 以便在滚压螺纹过程中, 使零件与心轴的贴合程度较小, 从而减小零件材料在滚丝轮和心轴之间所受到的辗轧挤压作用力, 进而减少零件在圆周方向的延伸增长量, 减轻或者避免零件螺纹中径的倒锥度。不同的零件, 滚压加工螺纹时所保留的间隙量大小也不相同, 其大小与被滚压螺纹零件的壁厚大小、被滚压螺纹的规格、零件的具体结构形状等均有一定的关系。在滚压加工具体的空心薄壁零件时, 只要结合实际, 通过实验加以分析, 不难确定出符合要求的间隙量。

2.2 滚压用量的选择

滚压空心薄壁零件的螺纹时, 一般选用滚丝机床的较小压力值。即调整机床时, 可按照机床说明书取正常滚压相同规格螺纹所需滚压力的75%, 作为滚压空心薄壁零件螺纹的试验滚压力, 然后根据滚压试验的情况, 再调高或调低机床的压力, 直到取得满意的效果为止。

2.3 进给速度的选择

滚压空心薄壁零件的螺纹, 滚丝轮的进给速度一般比滚压实心零件的螺纹进给速度略慢, 以减少空心零件受滚丝轮的冲击, 避免零件变形。同时为了不影响生产效率, 滚压空心零件时, 滚丝轮的转速可适当提高。滚压空心零件螺纹的时间一般比滚压实心零件螺纹的时间要多0.5~1倍左右。

2.4 适当延长稳压整形时间

在滚压空心薄壁零件的过程中, 当滚丝轮进给到滚丝需要的终点时, 保持滚丝轮在固定中心距的情况下, 不进给也不退回地旋转滚压零件的螺纹保持一段时间, 这段时间称为稳压整形时间。空心薄壁零件比实体零件滚丝的稳压整形时间要延长l倍以上, 延长稳压整形时间, 可使空心零件在滚丝过程中形成的椭圆度得到一定的修复, 以便提高零件的螺纹质量。

3 其他工艺问题

滚丝机床滚压加工螺纹用导板支撑时, 设计导板的高度通常是在螺纹牙型成形时使工件的中心略低于滚丝轮的中心线0.2~0.3mm。使工件的中心线低于滚丝轮的中心线, 可以有利于保持滚丝过程的稳定性, 避免工件被滚丝轮抬起。采用心轴支撑空心零件滚压加工螺纹, 由于工件的内孔套在心轴上, 限制了工件的上下方向自由度, 始终能够保持滚丝过程的稳定性, 并且不会把工件抬起, 也不会磨伤螺纹牙顶, 但是按照通常的习惯, 心轴支撑空心零件滚压加工螺纹的时候, 仍然使心轴的中心高度比滚丝轮的中心高度略低0.2~0.3mm。

参考文献

[1]张琳.螺纹端面的滚压加工[J].工具技术, 1998 (10) :29-30.

[2]张世良, 杨晋平.缸筒存在半孔滚压中滚压工具的磨损分析及改善研究[J].机械制造与自动化, 2011 (1) :63-66.

[3]刘兆红, 等.空心薄壁件外螺纹的滚压成形[J].模具工业, 1998 (6) :17-19.

浅析薄壁零件加工过程 篇2

1，薄壁零件一般是不能卡抓直接去夹持：这样我们就必须考虑用一种间接夹持的方法来加工这个零件即做一个工装，工装的做法围绕着减少x轴向力的原则下采用z向固定的方法，可以通过来夹持一中间物来把所要加工的零件借助于配合和压板使之z向固定，

浅析薄壁零件加工过程

，

2，薄壁两件一般的毛胚件的加工余量不是很大，这类零件很大程度上都是镁铝材料或是这类的合金铸件，铸造的不均匀和加工余量的不大也给加工这类零件带来了诸多的的困难，由于铸件的不匀称装夹时就不可能考虑三爪自定心卡盘，必须考虑四爪来找正来加工此类工件

薄壁类零件的数控加工 篇3

关键字：薄壁类零件 数控加工

【分类号】TG659

随着我国大力发展装备制造业， 数控加工越来越成为机械工业等各行业的首选。其中薄壁类零件应用广泛，它具有重量轻，节约材料，结构紧凑等特点。但薄壁零件的加工是车削中比较棘手的问题。

一、薄壁类零件的加工特点

薄壁类零件的内、外直径差非常小，由于夹紧力、切削力、切削热、内应力等诸多因素的影响，加工难度比较大。

1、薄壁类零件承受不了较大的径向夹紧力，用通用夹具装夹比较困难。

2、薄壁类零件刚性差，在夹紧力的作用下极易产生变形，常态下工件的弹性复原能力会影响工件的尺寸精度和形状精度。

3、工件的径向尺寸受切削热的影响大，热膨胀变形的规律难以掌握，因而工件尺寸精度不易控制。

4、由于切削力的影响，容易产生变形和振动，工件的精度和表面粗糙度不易保证。

5、由于薄壁类零件刚性差，不能采用较大的切削用量，因而生产效率低。

二、薄壁类零件的编程注意事项

1、增加切削次数。对于薄壁类零件至少要安排粗车、半精车和精车，甚至多道工序。在半精车工序中修正因粗车引起的工件变形，如果还不能消除工件变形，要根据具体变形情况适当再增加切削工序。

2、工序分析。薄壁类零件应按粗、精加工划分工序，以降低粗加工对变形的影响。对于需要内、外表面均要加工的情况，应首先全部完成内、外表面的粗加工，然后再进行全部表面的半精加工，最后完成所有的精加工。这样虽然增加了走刀路线，降低了加工效率，但保证了加工精度。

3、加工顺序安排。薄壁类零件的加工要经过内、外表面的粗加工、半精加工和精加工等多道工序，工序间的顺序安排对工件变形量的影响较大，一般应作如下考虑：

（1）粗加工优先考虑去除余量较大的部位。如果工件外圆和内孔需切除的余量相同，则首先进行内孔的粗加工，因为先去除外表面余量时工件刚性降低较大，而在内孔加工时，排屑较困难，使切削热和切削力增加，两方面的因素会使工件变形扩大。

（2）精加工时优先加工精度等级低的表面。因为虽然精加工切削余量小，但也会引起被切工件的微小变形。然后再加工精度等级高的表面，精加工可以再次修正被切工件的微小变形量。

三、减少薄壁类零件变形的一般措施

1、合理确定夹紧力的大小、方向和作用点

（1）粗、精加工采用不同的夹紧力。 正确选择夹紧力的作用点，使夹紧力作用于夹具支承点的对应部位或刚性较好的部位。

（2）改变夹紧力的作用方向，变径向夹紧为轴向夹紧。因为薄壁类零件轴向承载能力比径向大。

（3）增大夹紧力的作用面积，将工件小面积上的局部受力变为大面积上的均匀受力，可大大减少工件的夹紧变形。

2、尽量减少切削力和切削热

（1）切削用量中对切削力影响最大的是背吃刀量，对切削热影响最大的是切削速度。因此车削薄壁类零件时应减小背吃刀量和降低切削速度，以减少切削力和切削热，同时应适当增大进给量。

（2）充分浇注切削液。浇注切削液可以迅速降低切削温度，并减小摩擦系数，减小切削力。

3、使用辅助支承。使用辅助支承可提高工件的安装刚性，减少工件的夹紧变形。如用支撑块对准卡爪位置，支承于工件内壁，用来承受夹紧力。

4、增加工艺筋。有些薄壁类零件可在装夹部位铸出工艺加强筋，以减少夹紧变形。

四、薄壁类零件的编程加工

本课题要求编程并加工如图1-2薄壁零件，工件材料为HT200，毛坯为铸造件，毛坯长度56mm。

1、工艺分析与工艺设计

（1）图样分析

图1-2所示零件为薄壁零件，刚性较差，零件的尺寸精度和表面粗糙度要求都较高。 该零件表面由内外圆柱面组成，其中有的尺寸有较严格的精度要求，因其公差方向不同，故编程时取中间值，即取其平均尺寸偏差。

（2）加工工艺路线设计

确定加工顺序，加工顺序由粗到精，留余量0.5mm。

①三爪卡盘夹持外圆小头，粗车内孔、大端面。

②夹持内孔、粗车外圆及小端面。

③扇形软卡爪装夹外圆小头，精车内孔、大端面。

④以内孔和大端面定位，心轴夹紧，精车外圆。

（3）确定工件原点

①粗、精车内孔、大端面，以工件左端面中心线交点为工件原点。

②粗、精车外圆、小端面，以工件右端面中心线交点为工件原点。

（4）刀具选择

①T01：端面车刀 ②T02：内孔车刀

2、程序编制

（1）粗车内孔及大端面

参考文献：

【1】朱勇.数控机床编程与加工.北京：中国人事出版社，2011

【2】關雄飞.数控加工工艺与编程. 北京：机械工业出版社，2011

【3】君文，邓广敏.数控技术.天津大学出版社，2002

薄壁零件加工工艺研究 篇4

薄壁零件刚性差、易变形, 难以保证加工精度。薄壁零件加工的变形问题, 多少年来一直困扰着机械加工行业, 是比较难以解决的课题。减磨环 (如图1) 属于典型的薄壁零件, 壁厚为5.4mm, 精度要求高, 直径公差仅为0.05mm。本文结合减磨环的加工对薄壁零件加工产生变形的原因进行了系统的分析, 并提出了减磨环加工预防变形的工艺措施。

2 薄壁零件加工变形的原因

薄壁零件加工产生变形的原因很多, 现主要从以下几个方面分析:

2.1 装夹变形

因零件壁薄, 在装夹过程中由于夹紧力过大或受力不均引起的变形从而影响零件的尺寸精度和形状精度, 所以必须选择合理的装夹方式。

2.2 切削变形

2.2.1 切削力变形

在切削力 (特别是径向切削力) 的作用下, 很容易产生振动和变形, 所以需要选用合适的刀具及切削参数, 采用适当的辅助措施避免、减小由切削力引起的变形。

2.2.2 切削热变形

由于零件本身材质和壁薄的特点, 切削热会引起零件的热变形, 使零件尺寸难以控制, 所以控制切削过程中的发热显得至关重要。

2.3 残余应力变形

毛坯经过热成形后, 冷却过程中产生内应力, 切削后内应力重新分布引起变形, 所以需要采用热处理来消除内应力, 减小残余应力引起的变形。

通过对薄壁零件加工产生变形的原因进行分析, 我们知道在加工减磨环的过程中需要采取各种工艺措施控制减磨环加工产生变形。

3 薄壁零件加工变形的控制

为控制减磨环加工变形, 以下从零件装夹、切削、残余应力的角度控制加工变形。

3.1 控制装夹变形的方法

3.1.1 扇形软爪应用

为了使零件装夹时在圆周方向上受力均衡, 需要增大夹具与零件的接触面积。可以将三爪卡盘与零件的接触面加宽, 并且将其与零件接触的面与零件夹紧面配车, 这种夹紧装置即所谓的扇形软爪。由于扇形软爪与零件的接触面配车而成, 夹紧时可以充分接触, 使零件的受力均衡并具有很好的同心度, 而且零件的装夹也快捷方便。但扇形软爪的应用不能完全避免变形的产生。

在减磨环半精车时, 我们考虑使用扇形软爪装夹工件以减小变形。经过多次工艺试验, 我们发现减磨环的圆度值在0.05mm左右, 符合我们试验初期的设想。所以确定半精车工序选用扇形软爪装夹工件 (如图2) 。

3.1.2 轴向夹紧装置

如果加工过程中将零件径向夹紧改为轴向夹紧, 即转移夹紧力的作用点和方向, 零件所需的轴向夹紧力约为径向夹紧时夹紧力的1/6, 可见采用轴向夹紧的方式利用很小的夹紧力即可实现零件的可靠装夹, 更有利于减小夹紧力, 从而减小零件的变形。有时为了实现轴向夹紧需要设置工艺凸台来装夹零件。

减磨环精车作为最终成型工序, 如果不能很有效的控制变形 (即把变形控制在0.02mm内) , 加工将面临失败。所以在减磨环精车工序, 我们选择轴向夹紧以有效控制变形。为验证轴向夹紧的效果, 我们做了多次工艺试验。试验结果证明轴向夹紧可以有效控制变形 (外圆圆度在0.01mm左右) 。

3.2 控制切削变形的方法

3.2.1 刀具的选择

减磨环为铸铁件HT300, 硬度较高。残余应力管理技术 (RSM) , 从不同的角度讨论减小残余应力的方法, 对于刀具前角, 前角每增加1度, 切削温度及切削力会降低10%。在刀具耐用度允许的情况下, 选用较大的刀具前角和后角有利于减小切削力。刀具主偏角影响切削的径向力。

综合考虑我们选择山特维克CCMT 09 T3 04-WF 3215刀片。刀具的前角为正前角, 后角为7°, 主偏角为93°。

3.2.2 切削参数的选择

(1) 切削速度的选择

对于金属切削加工来说, 提高切削速度是提高加工效率减少振动的有效手段。但是对于薄壁零件的加工, 切削速度在一定程度上影响切削力的大小, 从而影响加工变形的大小, 因此, 需要对切削速度进行优化选择。

根据选择的刀具和减磨环的材料特性, 我们选择200m/min的切削速度。

(2) 切削深度的选择

切削深度对加工振动的影响很大, 切削深度对切削振动的影响也不一样, 在满足加工效率的同时, 选择小的切削深度会降低零件的振动, 使加工较为平稳。结合刀尖半径0.4mm, 为保证减磨环表面粗糙度和减小振动, 我们选择0.3mm的切削深度。

(3) 进给速度的选择

切削力会随着进给速度的增大而增大, 机床的动态柔度特性也可能改变, 从而使得加工的稳定性也受到同样的影响。因此, 需要对进给速度进行优化选择。综合刀具、减磨环材质、表面粗糙度和精度的要求我们选择0.2mm/r的进给速度。

3.2.3 切削液的选择

零件在加工过程中产生的切削热是导致零件变形及影响表面质量的因素之一, 所以在零件的切削加工过程中应该进行充分的冷却。合理选择切削液可以减小刀具与零件之间的摩擦, 改善切削条件, 并且带走切削区域大量的切削热, 使切削温度降低, 切削液的流动还可冲走切削区域和机床导轨上的细小切屑及脱落的磨粒。

铸铁件通常不需要切削液, 但为了降低减磨环加工的切削温度, 我们选择了半合成切削液。该切削液具有良好的防锈、润滑、清洗、冷却性能, 显著提高了加工精度。

3.3 控制残余应力变形

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。

针对减磨环, 我们在毛坯、粗车、半精车、精车之间安排了三次去应力处理 (分别为去应力退火、回火去应力、回火去应力) 。三次去应力处理尽可能地释放了毛坯、粗车、半精车工序产生的残余应力, 保证了最终精车的精度。

3.4 控制薄壁零件加工变形方法的工艺固化

随着数控机床的普及应用, 许多控制薄壁零件变形的措施得以用程序固化, 避免了因操作者的稳定性而出现质量差异的情况。因此在减磨环的加工过程中我们使用了数控车床、专用夹具, 编制了作业指导书等措施。这些措施有效地保证了工艺过程的稳定性。

4 结论

以上是针对减磨环加工采取的工艺方案, 经实践证明该方案是行之有效的。

摘要：薄壁零件因具有重量轻、节约材料、结构紧凑等特点而被广泛应用。但薄壁零件的刚性差、易变形, 难以保证加工精度。为解决薄壁零件加工难题, 本文结合减磨环的加工对薄壁零件加工产生变形的原因进行了系统的分析, 并提出了相应预防变形的工艺措施。

薄壁零件数控车工加工工艺 篇5

1 薄壁零件概述

薄壁零件顾名思义, 其显著特点就是壁薄, 同时它还存在着强度差与抗变形能力低的特点。加工过程中的表面硬化、颤振、热力、切削等因素都关系到薄壁零件的变形与否。数控加工的过程可分为三部分, 即设计与编程、加工与监控和成品检验三阶段。对薄壁零件加工来说, 突出问题就是零件变形不易控制。这也说明薄壁零件的加工对加工技术、装夹方式、切割刀具及切割工艺都有着极高的要求。

2 影响薄壁零件数控加工精度的因素分析

薄壁零件具有轻量化的动态性能, 不过保障薄壁零件的加工精度却是工业生产的一个瓶颈, 薄壁零件在数控加工过程中容易变形、损坏。想要提高薄壁零件加工的精度就需要对影响其精度的因素进行研究。对薄壁零件数控加工过程中易出现变形, 影响零件精度的因素进行分析后, 得出存在以下几种主要影响因素。

2.1 热因素导致薄壁零件变形。

通常情况下, 比较薄的零件加工过程中受到切削热的作用时, 都会不同程度产生热变形现象, 导致零件的加工精度下降以及质量不合格等。分析其原因得出:当薄壁零件数控加工完成装夹工序后, 再陆续进行精车与半精车以及粗车加工程序, 产生一定程度的切削热量是必然的, 然而薄壁零件在受热作用的情况下发生变形也是必然的, 结果就是零件的精度无法得以保证。

2.2 受力因素导致薄壁零件变形。

薄壁零件的加工材料是一类较轻薄的材质, 这类材料在某种外力的作用下, 会出现一定程度的变形, 这样就会使薄壁零件的形状、长度等精度受到不同程度的影响。比如在利用三爪卡盘夹紧零件的过程中, 薄壁零件就会在外力的影响下变为三角形的, 这样零件内孔的加工余量就会分布不均。当内孔真正的加工完成后, 松开卡盘, 零件受弹性影响恢复成原来的形状, 这一过程就会出现误差。

2.3 振动因素导致薄壁零件变形。

一般情况下, 薄壁零件在受到切削力的作用时特别是径向切削力, 会产生振动和变形现象, 对零件的外形、长度、表面的粗糙度以及位置精度等都会产生影响。

2.4 刀具的角度因素导致薄壁零件变形。

主偏角决定径向切削力和零件加工轴向的分配, 对于刚性较差的薄壁零件来说, 刀具的主偏角要接近90度。刀具的角度直接影响零件表面的粗糙度。

2.5 操作不当导致薄壁零件变形。

不规范的操作工序以及不正确的切屑流向也是导致薄壁零件变形的主要因素。精车之前没有进行释放变形、精车时过大的切削量都会引起薄壁零件的变形。当切屑流向不正确时, 导致加工过程中的切屑堵塞在切削工具与零件之间, 进而引发薄壁零件的变形。

3 优化薄壁零件数控加工工艺的措施

3.1 对所加工零件的特性进行分析。

在使用数控车床加工薄壁零件时, 需要考虑装夹的定位和零件加工精度两个问题。

首先是装夹定位分析, 在利用数控车床对零件加工时要考虑零件装夹的可靠度, 还要考虑到薄壁零件加工精度问题。零件过于轻薄的就不能使用三爪卡盘。在精密的薄壁零件数控加工程序中要慎重地对零件的定位以及夹紧装置进行分析, 对可能会引起零件变形的外力作用的大小及方向进行仔细分析, 设置切合加工实际需求的专用夹具。如果工件的刚性不够, 而零件的受力又很大, 容易发生振动的时候, 可以考虑临时增加零件壁厚的办法来提高薄壁零件的刚度, 比如在空心处浇灌石膏、明矾或松香等材料, 在零件加工完成后再对其进行去除。

其次分析薄壁零件的加工精度。目前常用的FANUC 0i数控系统的螺纹编程指令有G92螺纹车削循环, G76复合形螺纹削循环等。G76的车削过程是斜入式, 就是说通过用单侧刀刃车削零件, 以此来防止过分磨损刀刃, 不过这样生产出来的螺纹会出现表面不平的现象, 刀尖角度的不够标准, 最终使得牙型精度降低。而用指令G92进行加工, 虽然能使牙型的精度得以提高, 但它采用的是直进式方式进行车削, 会产生比较大的车削力, 使得切屑的排放受到阻碍, 还会加大刀刃的磨损。

3.2 选择合适的刀具。

在薄壁零件的数控加工过程中, 需要对刀具进行仔细的选取。比如, 对车刀的选择, 一般情况下, 硬质合金90度的车刀适用于外圆的粗车与精车工艺, 机夹刀则是螺纹的车刀之首选, 这是由此刀具刀尖角度比较精确, 并且损坏后也很容易更换的优点决定的;其次是对镗刀的选择, 内孔的镗刀更多的选择机夹刀, 因为这种刀刚性好不需要刃磨, 可以减少换刀的时间还能够减免零件的振动变形, 使得振纹的出现机率降低。

3.3 优化零件加工的切削参数。

切削的深度对薄壁零件加工过程中所产生的切削力的大小有着直接的影响。减小切削的深度, 虽然会增加数控机床加工过程中的走刀次数, 但是可以减免由于切削力增大而导致零件变形的出现。除此之外, 加工过程中切削的速度同样也会对切削力有影响, 使用高速切削对薄壁零件进行加工, 可以起到削弱切削力的作用, 也可以降低加工时的温度, 防止热力变形的出现。

3.4 选择科学合理的工艺工序。

制定科学合理的加工工序路线是保证薄壁零件数控加工工艺质量的关键所在。制造企业要将分析重点放在薄壁零件变形规律上面, 了解掌握薄壁零件变形的规律, 重视防止零件加工过程中存在的变形问题, 以零件的生产技术要求及加工过程中的受力分析情况为根据来选择合理的定位, 紧密贴合定位元件与零件定位面之间的接触, 防止薄壁零件生产过程中振动变形的发生。选择科学合理的工序路线就是合理的选择夹具与零件的夹紧方式和定位基准, 并且保证在加工过程中的基准始终协调一致, 对加工余量要进行合理地分配;对相同零件的不同部分进行精加工的工序, 要根据具体情况选择最优化的加工顺序。

4 结束语

当前的经济发展要求制造企业提高对薄壁零件的高精加工的要求。结合自身的生产实际条件, 对现在的薄壁零件数控加工工艺进行研究分析, 综合当前的数控加工的方式, 不断的完善对生产工艺的分析, 改进设计, 优化方案, 不断的积累薄壁零件的生产加工经验, 提高零件的加工质量和生产效率, 带动薄壁零件数控加工工艺整体水平的发展, 进一步提高零件加工的精确度, 生产出对环境污染小、表面质量好、符合现代加工工艺要求的薄壁零件, 最终使产品立于不败之地, 使制造企业的竞争力得以提高。

摘要：随着科学技术的进步, 经济的飞速发展, 在工业生产中薄壁零件的应用范围正在不断的扩大, 薄壁零件具有轻重量、密结构、节约材料等优点, 但也不可忽略薄壁零件刚性不够、强度比较弱的特点, 使它在加工生产中容易出现切削振动、加工变形等问题, 使其加工质量难以保证。本文将对影响薄壁零件精度因素进行分析, 对薄壁零件的加工工艺进行简要的探讨, 旨在提高薄壁零件的加工技术, 进而提高生产效率。

关键词：薄壁零件,数控,加工工艺

参考文献

[1]周敏, 魏加争.一种薄壁零件数控车工加工工艺[J].科技创新导报, 2011 (12) .

[2]张绍勇.浅析数控车床加工薄壁零件精度的影响因素[J].黑龙江科技信息, 2013 (28) .

薄壁套零件加工工艺分析 篇6

机械零件加工工艺方案的确定通常是根据零件材料、加工难度、加工数量、现有的加工设备、工人技术水平等诸多因素。薄壁套类零件是切削加工中的一个难点, 其刚性差、强度弱, 在夹紧力、切削力和切削热的作用下非常容易出现变形。薄壁套类零件作为旋转和固定轴类零件主要承受轴的径向力。薄壁套类零件具有质量轻、节约材料和结构紧凑等优点, 在工业领域应用广泛。本文仅以材料为45钢的薄壁套筒零件为例, 对薄壁套零件加工过程中的工艺进行介绍。

1 薄壁套类零件工艺分析

1.1 零件分析

图1所示为45钢薄壁套筒零件, 其外圆加工精度高于内孔精度, 加工难点在于如何防止加工过程中的切削热所产生的应力变形。该零件的内外圆公差要求在0.13 mm以内, 内圆表面与外圆轴线的同轴度公差为0.01 mm, 如此高的精度要求给加工带来一定的难度。对于常见的薄壁套类零件的加工, 一般是采用内外径反复轮换定位的方式, 但对于该零件的加工如果采用内外径反复定位的方式, 肯定会由于变形量大导致产生废品。

针对图1零件, 采取先内孔后外圆的加工方式进行加工。采用内孔进行定位的加工工艺路线是:粗车工件两头→粗镗内孔→半精铰内孔→精铰内孔→粗车外圆→精车内圆→精磨外圆。采用该加工工艺路线可不仅能够减少零件加工过程中的变形量, 而且能够保证零件的最终加工质量。

1.2 夹具的选择与设计

图1薄壁套类零件的厚度为1.7 mm, 其径向刚度非常差, 如果采用常规的三爪卡盘夹持工件的外圆, 工件仅承受3个爪的夹紧力, 受力点不均匀夹紧力也不均衡, 在加工过程中会出现明显的弹性变形甚至不可逆的塑性变形。采用三爪卡盘夹持时, 在进行半精车、磨削加工后内孔的弹性变形会被车削和磨削掉。加工前内孔在机床上进行测量的圆度达到要求, 但是三爪卡盘取下工件后, 内孔的弹性变形部分不会恢复, 内孔的几何形状变成多角形或者多边形。因此为使零件上每一点的夹紧力都保持平衡, 采用开缝套筒或者软爪进行装夹就能有效地避免其变形。可将开缝式套筒套在工件的外圆上, 采用三爪卡盘对其进行夹紧。

在进行外圆加工时, 通过将径向夹紧力改变为轴向夹紧力的方式来转移夹紧力的作用点进行实际的生产。在进行磨削的时候, 采用胀式心轴夹具进行加工, 也就是采用刚性瓣 (3个) , 外圆的尺寸公差与内孔相同, 曲率半径也要一样。在心轴上装有锥套, 通过旋转螺母使其向右移动, 锥套给胀瓣施加径向力, 从而夹紧工件;反方向旋转螺母可以将工件松开。采用橡皮圈来避免胀瓣与锥套、锥套与心轴之间的旋转。

1.3 刀具角度及砂轮的选择

薄壁套类零件的加工刀具不仅要求刃口要非常锋利, 并且要有合适的刀具角度。通常来说, 使用高速钢刀具进行薄壁套类零件的车削加工比采用硬质合金刀具更好。高速钢刀具要选用合适的刀具后角, 避免因后角过大导致刀具强度变弱。在车削薄壁套类零件时, 刀具的后角一般是4°~12°之间。另外选取刀具角度时还应该考虑工件的外形、材料和刀具的自身属性。

进行磨削加工时应该首选较小的磨削深度, 此外砂轮应该修整的粗些, 并加入足够的切削液;在进行磨削时还必须保证具有一定的光磨过程, 确保零件的圆度和直线度达到设计要求。为了有效地提高砂轮的切削性能, 磨料应该优先选用黑色碳化硅, 砂轮半径应该在25~35 mm之间, 减少砂轮和孔壁的接触弧长, 使磨削的温度保持在有限的范围内。零件在加工完成后 (特别是磨削加工之后) , 应该对其内孔进行检验;避免由于磨削时产生热量引起工件变形。对于图1的零件由于加工材料为45钢, 为了有效降低零件表面粗糙度, 砂轮的磨料粒度要适中。

2 薄壁套类零件加工方法分析

2.1 加工路线

对于精度要求较高的薄壁套类零件, 将零件的粗加工、半精加工和精加工分开, 可以有效控制粗加工时夹紧力、切削热等引起的变形, 有效地保证零件的精度和表面的稳定性。

进行粗加工主要是为了将毛坯余量快速除掉, 粗加工过程中应该根据实际情况选择大的进给量和切削深度。粗加工之后要进行 (半) 精加工, 因此对于粗加工表面的质量要求不是很高。粗加工为后面的精加工确定了基准, 精加工是完成各主要表面的最终加工, 使零件的加工精度和加工表面质量达到图样规定的要求。合理地分配粗加工和 (半) 精加工毛坯余量对于零件的加工经济性和公益性都具有非常重要的意义。

2.2 选择合理的切削用量

进行机械零件加工时, 应该合理地选择切削深度和进给量, 避免因为切削力的增大导致零件的切削变形增大。零件切削变形增大对零件的最终质量影响很大。因此, 必须合理地选择切削用量, 不能因为切削用量的过大导致零件的加工质量不合格。如果将切削深度减小, 而只增加进给量, 虽然切削力会下降, 但是工件的表面粗糙度会增大。

在进行车削精加工时, 切削深度应该选择在合理的范围, 进给量也应该尽量小。精车时的切削速度应在保证切削精度的前提下尽量高。合理地选取粗加工和 (半) 精加工的切削用量对于整个零件的加工质量具有非常重要的意义。

2.3 充分浇注切削液

合理地选用切削液能够降低切削温度, 避免工件由于受热而产生变形。进行工件粗加工时选用水溶液冷却能够有效地降低切削温度;精加工时由于对切削质量的要求较高, 因此要选用良好的切削液来提高加工表面的质量。

3 结语

本文主要针对薄壁套类零件的加工工艺进行了分析, 应采取有效的方法对薄壁套类零件在加工过程中可能出现的变形进行有效的控制。通过采取合理的防变形装夹技术, 有效减少了装夹变形中产生的精度和表面质量损失;并分析了切削力对变形的影响。在进行薄壁套类零件的加工时, 应根据零件材料和具体结构, 采取合理的工序 (工步) 、切削参数、装夹方式、冷却方式, 从而满足薄壁套类零件的设计加工要求。

摘要：薄壁套类零件在加工过程中由于受材料、结构以及加工工艺等多种因素的影响, 常常会出现废品。以某45钢薄壁套零件加工为例, 介绍了其加工工艺过程及保护加工质量的一系列措施。

关键词：薄壁套零件,加工工艺,加工精度

参考文献

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[3]虞成钢.薄壁套加工难度值的确定[J].机械工艺师, 2000 (8) :29-30.

航空薄壁零件数值模拟优化分析 篇7

对航空航天产品而言, 为减轻其重量, 应提高物体的结构强度, 进一步提升其性能, 广泛地使用薄壁零件, 如发动机的涡轮叶片, 机翼结构等部件。航天薄壁件一般外形配合要求比较高, 零件外部尺寸相比于截面尺寸较大、加工预留的余量较大、相对刚度比较低、精度要求较高。这就对航天薄壁件的加工提出较高要求。本文针对薄壁零件的铣削加工时易产生变形为研究点, 对薄壁零件进行有限元数值模拟变形分析, 对加工过程中变形的预测方法和数控补偿策略进行研究。

1 薄壁零件的有限元分析与控制方案

由于薄壁零件刚度较差, 在切削力的作用下, 易产生加工变形, 造成壁厚不等和尺寸超差。过去, 有关切削加工的有限元模拟技术主要集中在二元切削的研究, 其成果在一定程度上为控制铣削残余应力的产生和优化加工工艺提供了理论依据。但由于无法预测零件加工的整体变形, 二元铣削模拟结果的实际应用存在一定的局限性。因此, 为了从根本上保证薄壁件的加工精度, 有必要进行数控铣削加工变形产生机理的理论研究, 通过有限元模拟技术比较准确地预测工件的加工变形, 进而采取有效的控制措施来预防薄壁件的加工变形。

1.1 基于PROE的实体建模

为了简化分析研究工作, 取其中的一面加以分析, 为了仿真准确, 建模时不能忽略己加工表面和待加工表面的壁厚差。

Pro/Engineer软件是美国PTC公司领导研发的产品。是一款集CAD/CAM/CAE功能于一身的三维建模及其数控加工软件。对薄壁产品进行实体建模时, 需要根据产品实际尺寸和结构关系, 建立零件的三维实体模型。在薄壁零件铣削加工的有限元分析中, 有限元分析模型的建立是关键的一步。选取图1所示的框类薄壁零件作为研究对象, 工件长200 mm, 宽100mm, 高70 mm, 薄壁厚度3 mm, 工件材料为2A12铝合金, 其力学性能参数E=71.3Gpa, 泊松比μ=0.33。因为本文考察的是薄壁零件由于发生弹性变形所产生的加工误差, 故不考虑材料的塑性变形。薄壁零件实体建模如图1所示。

1.2 有限元网格划分

由于垂直于Z轴的各处截面形状相同, 采用Brick 8node45八节点六面体单元以Volume Sweep的方式对薄壁零件进行有限元网格划分。网格单元的密度大小对分析结果的近似程度有一定影响, 网格划分密度越大, 分析的结果就越精确。对于图1所示的薄壁, 由于其最终切削厚度只有3 mm, 因此在壁厚方向上需要有足够网格密度才能保证分析结果的精确, 也就是说在此壁厚方向上至少需有3个网格单元, 于是取Brick8node45四节点平面单元的边长为5 mm, Z轴方向即切深方向分10等份, 这样划分后获得3600个单元, 共6678个节点, 所获得的有限元离散模型如图2所示。

1.3 添加约束条件

由于薄壁零件实际加工时采用真空吸盘吸附式夹紧, 所以分离薄壁面采用的约束方式为:约束底面和两端面节点的所有自由度。

1.4 加载方式与材料的去除

在现阶段, 虽然一些仿真软件 (VNUA仿真软件、宇龙仿真软件) 能够真实再现实际加工中刀具的旋转、进给复合运动, 但不能反映出实际的受力和变形。必须找出一种模拟加工过程的方法, 既便于分析计算, 又能反映出实际的受力和变形, 所以加载过程比较关键。以双刃立铣刀铣削加工为例, 由于刀具转速远大于进给速度, 所以可以假定在某一进给位置, 刀具轴线固定不动, 而刀齿沿加工表面由下向上移动, 直至切出工件, 即在某一瞬时对框壁可以施加沿螺旋线方向的动态变化的切削载荷。也就是说, 铣削过程中刀具旋转运动与进给运动可以实现分解, 这样, 可以简化加工过程。

切削加工过程中, 铣刀与被切削材料之间的相互作用, 可以通过动态的切削力载荷形式表示。当刀具进给到某一位置时, 铣刀的刀齿开始由下向上切削, 其过程可以离散为线载荷对工件的作用。由于在有限元模型中, 对于阶次较低的单元, 可以按静力等效原则, 这样就可以简化为将载荷分配在各个节点上。在实际模拟时, 通过节点加力载荷来完成切削力施加。

铣削过程是很复杂的, 下面运用ANSYS有限元分析软件, 对一个位置的载荷作用过程进行仿真。设轴向切削深度为24mm, 径向切深为0.4 mm, 转速为20 000 r/min, 由铣削力计算公式计算出铣削力大小为200 N。图3、图4和图5显示了载荷在不同位置时的工件变形情况。

从图7可以看出, 沿着左壁y方向的变形是和零件有关系的y=0和y=50时, 薄壁零件的位移变形较大, 而当y=25时, 薄壁零件的位移变形较小, 由于施加约束和中间薄板的支撑, 所以才会出现此类状况, 变形类似于抛物线变化。

根据上述分析, 可以发现, 在薄壁框体铣削加工中, 由于切削力的作用, 框壁会发生变形, 变形量沿高度方向按抛物线逐渐增大, 变形量在一定限度内可近似于直线。

2 数控加工变形误差控制、补偿方案

通过有限元分析, 可以指导选择合理的切削用量。在精加工时, 如果在数控编程时让刀具在原有走刀轨迹中按变形程度附加一个偏摆, 补偿因变形而产生的让刀量, 则可基本消除让刀误差。薄壁零件数控加工变形误差补偿方案如图8所示。当知道零件变形引起的加工误差后, 就可以计算刀位补偿量, 修正原始数控加工刀位轨迹。

3 结语

利用Pro/E和Ansys软件建立薄壁零件的有限元模型, 从理论上分析了框类薄壁零件的上厚下薄壁厚超差的原因。加工变形沿框壁高度方向呈抛物线变化, 壁口处变形量最大。加工变形在框壁长度中点处最大, 两端点处几乎为零, 框壁的三维变形似马鞍形。并对有限元分析的加工变形进行数控加工偏摆补偿, 可以将大部分让刀残余材料切除, 从而达到高效、经济、优质加工薄壁零件的目的。

参考文献

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薄壁零件车床加工方法的探讨 篇8

薄壁零件在夹紧力、切削力的作用下,易产生变形、振动,影响工件精度。在车削过程中,由于切削变形和切屑削、刀具、工件间的摩擦,产生大量的热,传至工件,易引起热变形,工件的尺寸不易掌握。

1 一般薄壁零件的加工装夹方法

(1)一次装夹车削薄壁零件,车长度较短,直径较小的薄壁零件,毛坯预留卡盘装夹长度,粗精加工外圆、内孔、端面至要求割下;

(2)用卡盘、芯轴加工,薄壁工件粗加工后,先用卡盘装夹,精车内孔,端面至要求,然后用胀力芯轴装夹工件,精车外圆、端面至要求;如下例图(2)所示:

(3)用花盘车削薄壁工件,直径大要求高的盘类、薄壁工件在粗加工后,磨平两端面,然后将工件装夹在花盘上,精车内孔、外圆至要求,如下例图(1)所示:

(4)用专用夹具加工薄壁工件。

2 防止和减少薄壁工件变形的方法

(1)工件分粗、精加工,粗加工后进行时效处理,消除内应力引起的变形,精加工时夹紧力小,减少夹紧力引起的变形。

(2)增大装夹接触面,采用C形套,扇形软爪,液性塑料定心夹具可增大接触面积,使夹紧力均匀分布在工件上,工件不易产生变形。

(3)增加工艺肋,在工件的夹紧部位特制工艺肋,夹紧力作用在工艺肋上,减少夹紧力引起的变形(工厂常说的内支撑)。

(4)用轴向夹紧力,车薄壁工件一般不使用径向夹紧的方法,应采用轴向夹紧的方法,使夹紧力沿刚性较好的轴线方向分布,防止夹紧变形。

(5)选用刀具合理几何参数,适当增大前角、主偏角、刀倾角、减小刀尖圆弧半径、减低切削力、降低切削力,并使刀具保持锐利状态,减小工件变形。

(6)在加工时,还应加注切削液,防止工件变形。

3 加工工艺及加工方法

公司生产成台产品,常有薄壁零件,以前遇到的大多是单件,并且容易超差,不能保证精度,现经过工艺改进,很大程度上有了提高,产品比以前更快,更好的完成。如图,单位(mm)。

3.1 技术要求

(1)内孔Φ760,外圆Φ800,开档250;

(2)外圆对内孔轴线的径向圆跳动量0.04;

(3)右端面与左端面轴线垂直度为0.02、平行度为0.03;

3.2 经分析

(1)此零件为薄壁零件,采用锻造毛坯材料为45钢,在粗加工前进行正火处理;

(2)毛坯余量多,采用粗精加工分段进行,粗加工后进行时效处理;

(3)工件壁厚20mm,长度250mm,因为大、长,产生重力,严重影响夹紧力。即须防止夹紧力大变形,又要注意夹紧力太小导致工件松动,从机床上掉下来;

(4)外圆、内孔有形位公差,加工时注意找正基准;

(5)一端面有平面螺孔,应注意先钻攻螺孔,防止工件在加工内孔外圆后再加工加工螺孔,产生变形。

这样的工件,在原来加工时,采用的是卡盘、卡爪装夹加工,由于尺寸,形位公差紧,尺寸难保证,形位公差易走动,加工螺孔又会使工件变形,经常出现超差现象,后经过长期实践经验不断修正工艺,最终成为信誉产品。

加工此零件,采用一块厚板作夹具,当工件粗加工后,经时效处理,再进入半精加工,使外圆,内孔各留余量2~2.5mm,平面留0.6~0.8mm,要求平面由磨床磨至尺寸,并保证形位公差,再由钳工划线钻孔攻螺纹至成品,夹具板要求,外圆φ850,内孔φ750,长度50,找正划线,钻孔φ10.5,跟工件8只M10螺孔位置一致,并做沉孔,螺栓使用时埋于夹具内部,用8只10mm内六角螺栓,弹簧垫圈,平垫圈把半精加工的工件与夹具装夹起来,如图4所示:

再把夹具连工件一起装在卡盘上,找正工件平面,外圆、内孔,这样加工出来的内孔外圆采用轴向连接,夹紧力较好的分布在轴线方向上,工件不易变形,即可保证尺寸公差,又保证形位公差,大大提高了工作效率。

以上是我在加工薄壁零件的过程中,针对所出现的问题采取的一些措施,以及分析了这些措施的可行性。当然,加工薄壁零件除了上述所分析的几种情况外在加工中还可以利用一些施工圈辅助支承、液塑心轴等工装夹具,归根结底正确掌握薄壁零件的安装和夹紧,减少加工中的变形,是解决车削薄壁零件的关键。

参考文献

[1]张耀宸.机械加工工艺设计手册[M].北京:航空工业出版社,1987.110～662.

[2]张幼桢.金属切削理论.北京:航空工业出版社,1987:67～76.

[3]王志刚.薄壁零件加工变形分析及控制方案.机械制造,2002,(2)114～117.

梳型薄壁零件加工工艺研究 篇9

在包装机械行业中, 出现了一种梳型薄壁的典型零件, 是灌装机的一重要零部件。此零件外形简单, 采用的304 (0Cr19Ni9) 不锈钢材料, 但是加工难度大[1], 同时对加工精度有一定要求, 由于零件的梳型和壁薄的特点, 薄壁使加工中易变形, 梳型需要多次转换工位, 生产效率低, 加工周期长。

针对以上情况, 本文结合梳型薄壁零件的结构特点和特殊工艺的要求, 设计了一套加工工艺以及研制了自动分度夹具, 在满足零件加工要求的前提下, 大大提高梳型薄壁零件的生产效率, 降低了工人的频繁操作强度, 满足了梳型薄壁零件大批量生产的要求。

1 梳型薄壁零件的结构特点

如图1所示为梳型薄壁零件图, 此零件壁薄, 并且在薄壁圆周上需要加工出微细缝隙, 尤其是在二次装夹时容易变形, 装夹定位困难, 致使生产效率低, 具体表现如以下三个方面:

1) 梳型薄壁零件在加工微细缝隙时, 对加工方法要求较高, 加工时较大切削力易对零件的变形量产生较大影响, 以及考虑生产成本的要求;

2) 零件的壁薄, 在普通卡盘装夹时, 夹紧力会对零件的变形产生较大影响;

3) 由于零件在薄壁周围均匀分布着微细缝隙, 在对零件的分度如采用传统分度头, 增加工人频繁的操作强度, 难以提高加工效率。

2 工艺分析及方案

研究出一套合理的加工工艺, 不仅可以解决上述问题, 而且能满足零件的加工精度要求, 提高效率, 适应大批量生产要求。

2.1 毛坯料选取

304不锈钢在空气中或化学腐蚀介质中能够抵抗腐蚀的一种高合金钢, 作为不锈耐热钢使用最广泛, 食品用设备, 一般化工设备等。因此选用304不锈钢作为梳型薄壁零件的材料。

但是由于304为奥氏体不锈钢具有高韧性和塑性, 切削过程易产生塑性变形, 使切削力增大, 切屑不易断屑, 导致加工性能差[2]。所以选用不锈钢管材Φ38x2-8, 加工余量小, 加工效率提高, 适宜于大批量生产的选材。

2.2 工艺分析

根据零件的基本外形结构分析, 此零件主体为回转体, 然后在主体结构上加工出圆周均匀的微细缝隙。以现有机床, 无法通过一次装夹完全加工出来。所以进行工序分散, 采用车削与其他微细加工方法来完成的零件加工。

由于选用不锈钢管材, 基本外形尺寸可以直接在数控车床上加工出, 并能保证尺寸精度的要求。然而微细缝隙的加工是本工艺的加工难点, 传统加工方法难以满足要求。

这里考虑了特种加工法来实现工艺的要求, 如激光加工、电火花加工、等离子弧加工、电化学加工等, 利用热能、电能、化学能等, 以上加工法与工件的硬度强度等机械性能无关, 因此能满足薄壁零件的加工。由于考虑到加工成本以及加工效率等方面因素, 本工艺选用电火花线切割加工[3]。

2.3 工艺方案确定

管材首先在数控车床上加工, 粗车外圆、平整端面、粗镗削内孔, 精车外圆、镗削内孔、截断, 保证各个零件尺寸的要求, 去毛刺。零件圆周均匀的微细缝隙由数控线切割机床来加工, 可以满足外形尺寸的要求[4]。

3 夹具的分析与设计

零件的装夹定位是加工合格零件的基本要素, 然而夹具起着至关重要的作用, 夹具的优劣直接影响着加工效率和加工质量。

3.1 夹具分析

外形基本尺寸加工时, 车削加工可以直接选用数控车床自带三爪自定心卡盘。以不锈钢管外圆为基准对毛坯进行定位与加紧, 既可以满足加工需求。微细缝隙的加工时, 需要在线切割机床上来实现。然而线切割机床没有通用夹具, 对于圆周均匀的微细缝隙的加工难以满足, 必须进行专用夹具的设计, 才能保证零件的加工合格。

线切割机床夹具首先要满足工件的定位以及加紧, 同时还要工件每道缝隙的间的角度要求, 由于此每件零件的缝隙较多, 因此必须实现夹具的自动转换角度, 这就对夹具的设计提出了较高要求。

3.2 线切割机床夹具的设计

1) 线切割机床夹具方案

线切割机床一般没有通用夹具, 只配备了简易的夹具, 仅能满足普通加工需求。针对此零件的夹具设计, 从工件的定位加紧和实现自动转角度两个方面来考虑。

定位加紧仍然采用三爪定心卡盘, 但是对于薄壁零件装夹增加卡盘与工件的接触面积, 以减小工件受力变形, 同时采用气动卡盘, 气压调定合适, 即可以满足高效便捷的加工。

自动转角度则采用PLC控制步进电机, 电机带动卡盘的方法。通过线切割在加工细缝时工作台移动触动位置传感器, 产生触发电信号, 控制步进电机转动一个角度, 如此连续即可实现自动转角度加工。

2) 线切割机床夹具设计

首先对进气动卡盘的每个卡爪增前段加一个月牙圆弧板, 采用焊接方式与卡爪连接, 然后用车床在进气动卡盘装好的卡爪前段月牙板上加工出一个台阶, 圆弧直径为Φ35.75mm。通过改进气动卡盘的卡爪, 可以更好定位和加紧工件, 以减少工件的变形, 方便装夹找正。

自动转角结构为, 采用一底座来支撑和定位步进电机及卡盘, 采用混合式步进电机直接驱动卡盘, 混合步进电机在未加电的情况有自锁能力, 适用于本工艺的特殊要求, 在每转过一个角度后自锁, 便于线切割的加工。使用PLC连接驱动器来驱动步进电机, 驱动器细分可以消除电机低频振荡[5]。

采用57二相电机, 步距角为0.9o/1.8o, 驱动扭力最大约为1N/m。卡盘采用K51-160C气动卡盘, 装卡范围为10mm~160mm, 卡盘重量为12Kg, 转动惯量大约为0.0768kg.m2, 采用57二相电机可以满足要求。PLC采用三菱系统FX1S-10MR-001型, 10接口即可满足需要。驱动器选用细分数为40档, 自动化分度夹具步距角为0.045o, 卡盘每转4.5o需要100个脉冲[6]。最终设计的自动分度夹具模型如图2所示。

在线切割机床工作台上, 采用两套自动化分度夹具, 对称分布, 同时在机床两侧都设置一个位置传感器, 便于提高加工效率。工作原理:装卡工件→线切割加工右侧工件→触发右位传感器, 左侧夹具专一角度→线切割加工左侧工件→触发左位传感器, 右侧夹具专一角度→最终完成加工。

PLC程序及接线图如图3、图4所示。

4 结论

本研究提出了一种加工梳型薄壁零件的工艺, 同时还设计了一套自动分度夹具。提高了梳型薄壁类零件的自动化加工程度, 改善了加工定位精度, 显著提升了加工效率, 降低了工人的工作强度, 因此满足了大批量生产需要。

参考文献

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