提高薄壁零件加工精度的工艺策略

1、编号 正 德 职 业 技 术 学 院毕 业 设 计 报 告题目提高薄壁套零件加工精度的工艺策略学生姓名 王倩倩 学 号 11610101 专 业 数控技术班 级 116101 指导教师 冯利 二一四年四月目录第1章 薄壁套零件概述41.1薄壁套件的结构特点41.2 薄壁套件的用途及常用技术要求41.3 本论文研究的目的和意义5第2章 影响薄壁套零件加工精度的因素62.1 易受力变形62.2 易受热变形62.3 易振动变形6第3章 提高薄壁零件的加工精度的措施83.1改变装夹法83.1.1 轴向装夹法83.1.2刚性开缝套筒装夹法93.1.2圆弧软爪装夹法93.2合理选择刀具的几何尾度103.3

2、合理地选用切削用量10第4章 薄壁套加工工艺设计实例114.1零件图114.2 装夹方式114.3 刀具选择124.4 切削用量选择12参考文献14提高薄壁套零件加工精度的工艺策略摘要随着科学技术的发展，机械产品的结构越来越复杂，精度要求也越来越高。薄壁零件在工业生产中得到广泛的应用。因为它具有重量轻，节约材料，结构紧凑等特点，但是在薄壁零件加工过程中，因薄壁零件的刚性差，强度弱，加工精度高，极易造成变形，不能保证零件的加工质量。当需要大批生产时，一般都利用数控机床进行。本课题在用数控机床加工难度比较大的薄壁零件时，为了提高产品合格率，充分考虑到加工工艺对零件加工质量的影响关键词：薄壁零件、工

3、艺措施、加工精度第1章 薄壁套零件概述1.1薄壁套件的结构特点薄壁套类零件是指回转体空心件，其外圆表面多与机架或箱体孔以过盈或过渡方式配合，起支承作用；其内孔常与运动轴、主轴、活塞、滑阀相配合，主要起导向作用或支承作用，有些套筒的端面或凸缘端面有定位或承受载荷的作用。套类零件是机械加工中常见的一种零件，在各类机器中应用很广。由于功用不同，其形状结构和尺寸有很大的差异，一般主要由有较高同轴度要求的内外圆表面组成。常见的套类零件有支承回转轴的各种形式的轴承圈、轴套；夹具上的钻套和导向套；内燃机上的气缸套；液压系统中的液压缸、电液伺服阀的阀套等。其大致的结构形式如图1-1所示。a)滑动轴承 b)钻套

4、 c)轴承衬套d)气缸套 e)液压缸图 1-1薄壁套类件的结构形式 1.2 薄壁套件的用途及常用技术要求薄壁套筒类零件虽然形状结构不一，但仍有共同特点和技术要求，根据使用情况可对套筒类零件的外圆与内孔提出如下要求：（1）内孔是起支撑或导向作用的最主要的表面，常与运动着的轴、刀具、活塞配合，故精度与表面粗糙度要求均较高。其尺寸精度一般为IT7，精度要求较高的为IT6，油缸与活塞有密封件的，可取IT9；形状精度要求在孔径公差之内，精密值可取公差的1/21/3；表面粗糙度Ra值一般为0.11.6m，油缸的Ra值为0.20.4m。（2）外圆起支撑作用，常与相关件过渡配合，一般尺寸精度为IT6IT7；其

5、形状精度应在公差之内；表面粗糙度Ra值为0.86.3m。（3）内、外圆表面的同轴度公差一般要求较高，常为0.010.05mm。（4）端面与轴线的垂直度公差一般要求较高，常为0.020.05mm。1.3 本论文研究的目的和意义我的论文研究的目的和意义在于更加深入的了解薄壁套零件，薄壁套零件在加工过程中容易受哪三个主要因素的影响，怎么样去提高薄壁套零件的加工精度，从哪几个方面去考虑，具体的做出了回答。又探讨了在克服薄壁套零件加工过程中出现的变形。能使我们在日后的薄壁零件加工实践中更加直观准确的做出正确的判断。第2章 影响薄壁套零件加工精度的因素薄壁零件以其优点诸如重量轻、节约材料和结构紧凑等被广泛

6、的应用。然而薄壁零件由于其刚性差和强度弱，在机械加工中很容易变形，导致加工质量难以确保。薄壁零件加工精度的影响因素主要有以下几个方面。2.1 易受力变形因工件壁薄，在夹紧力的作用下容易产生变形，从而影响工件的尺寸精度和形状精度，如图2-1所示。因为要加工的是薄壁零件，螺纹部分厚度仅有2mm，而材料是45号钢，这就要求我们在加工时不仅要考虑到确保工件的定位精度，还要想到装夹的可靠。由于此零件较薄，车削的受力点和加紧力的作用点相对较远，况且还需车削M24x1.5的细牙螺纹，造成受力很大而刚性不足，易产生晃动，因此用三爪卡盘夹持外圆来加工车削是十分困难的，同样用撑内孔的装夹方法也很难加工车削。怎样装

7、夹定位也就成为我们首要考虑的问题。图2-12.2 易受热变形加工零件的过程中，为克服材料的弹性形变、塑性形变和刀具与工件之间的摩擦所做的功，大部分转化为切削热，造成零件的不同部位温度不均匀，容易产生变形。由于工件较薄，又容易受切削热、摩擦热、派生热源、环境温度等等因素，使工件尺寸难于控制。2.3 易振动变形车削薄壁工件时，因变形而易引起振动，而振动又将加剧工件的变形，两者相互关联。机械加工种的振动有三类，即自由振动、强迫振动和自激振动。而自激振动在三种振动中占得比例约为65%。在切削力(特别是径向切削力)的作用下，容易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度、形状、位置精度和表而粗糙度。车刀的几何参

8、数选择不好的话也容易产生振动，如主偏角大于90°、副偏角过小、前刀面没有磨出齿槽。车削薄壁零件发生振动现象，即便是同型号的机床，采用完全相同的装夹、切削量和刀具几何参数，对材料和形状相同的零件进行同样切削，其振动程度也可能不一样。要慢慢实践。第3章 提高薄壁零件的加工精度的措施3.1改变装夹法由于套类薄壁零件内外圆直径差很小，强度当然就弱，一般不能用卡抓直接去夹持，如果在卡盘上夹紧时用力过大，就会使薄壁零件产生变形，造成零件的圆度误差。如果在卡盘上夹得不紧，在车削时有可能使零件松动而报废。夹紧力的大小很难把握，这样就必须考虑用一种间接夹的方法来加工。在三爪自定心卡盘上装夹，零件只受到

9、三个爪的夹紧力，夹紧力不均衡，从而使零件变形。如果将零件上的每一点的夹紧力都保持均衡，换句话说，就是增大零件的装夹接触而，而减少每一点的夹紧力。采用开缝套筒或扇形软卡爪，转移夹紧力的作用点，零件的变形小，方法可行。考虑到工件壁薄和刚性较差的特点，我们若采用常规方法装夹，在轴向切削力与热变形的影响因素下，工件会发生弯曲变形，达到技术要求也就困难了。3.1.1 轴向装夹法为解决此问题，我做了一个专用夹具，如图所示。图3-1为专用夹具，其中，件1是夹具主体，可选45号钢材料，夹持左端直径是80mm，其目的是夹持工件的内孔直径在20-30mm；件2是拉杆，材料同件1，直径是21 mm，它恰好和薄片工件

10、上的小21孔相对应，这样就可将工件在夹具中定位和传递切削力；件3是已经加工好左端面和内孔的工件，在装夹时，需夹紧配合工件与夹具体1的轴向。为了容易控制总长度，在工件调头装夹后设计了小沟槽，尺寸是5mmx2mm。如图：图3-1专用夹具3.1.2刚性开缝套筒装夹法薄壁套类零件采用三爪自定心卡盘装夹，如图3-2所示，零件只受到三个爪的夹紧力，夹紧接触面积小，夹紧力不均衡，容易使零件发生变形。采用图3-3所示的刚性开缝套筒装夹，夹紧接触面积大，夹紧力较均衡，不容易使零件发生变形。 图3-2三爪自定心卡盘装夹示意图 图3-3刚性开缝套筒装夹示意图3.1.2圆弧软爪装夹法当被加工薄壁套类零件以三爪卡盘外圆

11、定位装夹时，采用内圆弧软爪装夹定位工件方法。当被加工薄壁套类零件以内孔定位装夹（胀内孔）时，采用外圆弧软爪装夹。根据加工工件内孔大小自车外圆弧软爪，如图3-4所示。 图3-4自车外圆弧软爪示意图加工软爪时要注意软爪要在与使用时相同的夹紧状态下进行车削，以免在加工过程中松动以及由于卡爪反向间隙而引起定心误差。车削软爪外定心表面时，要在靠卡盘处夹适当的圆盘料，以消除卡盘端面螺纹的间隙。3.2合理选择刀具的几何尾度刀具的几何尾度若选择的合理，那么在薄壁零件的车削时，对切削力的大小和车削中产生的热变形以及工件表面的微观质量都有着十分重要的作用。切削变形以及刀具的锋利程度是由刀具前尾的大小决定的。前尾同

12、切削变形和摩擦力成反比关系，同切削力成反比。若前尾过于大，就会减小刀具的楔尾，减弱其强度，散热状况也不好，也会加快磨损速度。因此，车削钢件材料的薄壁零件时，用YG类刀具，前尾取0°后尾取40-120°，主偏尾选90°，副偏尾取60-150°为减少换刀时间和方便对刀，应尽量采用机夹刀。外圆粗、精车均选用硬质合金90°车刀；内锁孔刀采用机夹刀，尽量选粗一些的刀杆，具有较好的刚性，能减少振动变形以及振纹；60°纹刀选用机夹刀，标准刀尖尾度，以便磨损时易于更换。3.3合理地选用切削用量由装夹工件及切削工件产生以及弹性、塑性变形(由工件阻碍刀具

13、切削时形成)，都可使切削区的温度升高从而产生热变形。我们在加工中了解到！背吃刀量和进给量同切削力成正比，若三者均增大，其变形也增大，对车削薄壁零件产生不良影响。如果使背吃刀量减小，而进给量增大，切削力尽管会降低，但仍会致使零件变形，究其原因是这样做增大了工件表面残余面积，加大了表面粗糙的程度，使刚性较差的薄壁零件的内应力增加。因此，如果是粗加工，可以增大一些背吃刀量和进给量；如果是精加工，背吃刀量通常在0.2到0.4mm，而进给量通常在0.1到0.2mm/r，甚至更小，切削速度60到80m/min，精车时可稍微地提高切削速度，约100到120m/min，然而不适宜过高，否则将会产生热膨胀导致零

14、件变形，我们若能合理使用背吃刀量和进给量及切削速度就可减少切削力，进而减少变形。内孔粗车！主轴转速是每分钟500到600转，F100到F150mm/min的进给速度，留精车余量0.2到0.3mm；内孔精车！主轴转速是每分钟1100到1200转，要得到良好的表面粗糙度应采用一次走刀加工完成并使用较低的进给速度！F30到F45；外圆粗车主轴转速是每分钟600到800转，F100-F150mm/min的进给速度，留精车余量0.3到O.5mm；外圆精车！主轴转速是每分钟1100到1200转，F30-F45mm/min的进给速度，采用一次走刀加工完成。第4章 薄壁套加工工艺设计实例4.1零件图4.2 装

15、夹方式薄壁零件在在加工过程中如果使用一般的装夹方式，会产生很大的变性并且影响加工的精度。所以薄壁类零件的装夹，一般应增大工件的支撑面和夹压面积，或增加夹压点使之受力均匀，并减小夹压应力和接触应力，必要时可增设辅助支撑，以增强工件的刚性。所以选择扇形软爪卡盘。4.3 刀具选择刀具的选择总的原则是，既要求精度高、强度大、刚性好、耐用，又要求尺寸稳定，安装方便，容易调整。在满足加工要求的前提下，尽可能的选择较短的刀柄，以提高刀具的刚性。在此原则上，综合考虑45钢材料的加工特点以及加工中振动和切削力引起的变形，薄壁零件的加工刀具均选用机夹可转位车刀。在本次的加工中要用到的刀具有外圆车刀和镗刀4.4 切

16、削用量选择数控编程过程中，必须要确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量以及进给速度等。它的选择原则是保证零件加工的精度和表面粗糙度，充分发挥刀具的切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度的提高生产率，降低成本。从金属切削原理中可以知道:背吃刀量和进给量同时增大，切削力也增大，变形也大，对车削薄壁零件极为不利。减少背吃刀量，增大进给量，切削力虽然有所下降，但工件表而残余而积增大，表而粗糙度值大，使强度不好的薄壁零件的内应力增加，同样也会导致零件的变形。综上，粗加工时，背吃刀量和进给量可以取大些；精加工时，背吃刀量一般在0. 20.

17、5 mm，进给量一般在0. 1 0.2 mm/r，甚至更小，切削速度620 m/min，精车时用尽量高的切削速度，但不易过高。合理选用三要素就能减少切削力，从而减少变形。此零件的切削用量选择见表：刀具名称转速 r/min进给量 /mm背吃刀量 /mm外圆粗车刀6000.43外圆精车刀12000.150.1粗镗刀6000.11.5精镗刀8000.050.3 切削用量的选择第4章 薄壁件工艺注意事项薄壁零件的结构特点决定了其不同于其它机加工类零件的工艺特点，主要包括以下几个方面.（1）薄壁零件的整体尺寸较大，结构比较复杂，并且工件的壁厚较薄，在加工过程中极易产生加工变形，零件的变形控制及矫正工作是

18、加工过程中的重要内容。（2）薄壁零件结构零件的截面积较小，而外廓尺寸相对截面尺寸较大，在加工过程中,随零件刚性的降低，容易发生切削振动，严重影响零件的加工质量。（3）薄壁零件不仅要具有较高的加工尺寸精度，而且零件的协调精度也有非常高的要求。如槽口、结合孔、缘条内套结合面以及接头等部分之间的位置精度要求高，加工这些装配要求的表面，必须符合协调依据，才能保证零件装机使用要求。（4）薄壁零件的选材多为高强度铝合金，虽然其为易切削材料，但问题的关键在于加工变形的控制，常规的加工工艺无法保证加工精度。而且铝合金材料的缺口敏感性强，一般采用手工或机械打磨达到表面粗糙度要求，其打磨量占全部工作量的20%以上，但随着数控加工技术的进一步完善与发展，打磨工作量将会逐渐减少。参考文献1数