數(shù)控車加工薄壁零件工藝分析與編程方案

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1、數(shù)控車加工薄壁零件工藝分析與編程方案 茂名市交通技工學(xué)校 朱宇釗 【摘要】：在數(shù)控車加工過程中，經(jīng)常碰到一些薄壁零件的加工。本文詳細(xì)分析了薄壁零件加工的特點(diǎn)、防止變形的工藝方法、車刀幾何角度及切削參數(shù)的選擇，結(jié)合在教學(xué)實(shí)踐中的實(shí)例設(shè)計(jì)出加工方案。 【關(guān)鍵詞】：薄壁零件工藝分析編程方案 1 引言 薄壁零件是常見與用途廣泛的零件且銅和鋁材質(zhì)的零件較為常見，特別是壓力和管路的連接零件。但薄壁零件的加工是車削中比較棘手的問題，原因是薄壁零件剛性差，強(qiáng)度弱，在加工中極容易變形，使零件的形位誤差增大，不易保證零件的加工質(zhì)量。對(duì)于批量大的生產(chǎn)，我們可利用數(shù)控車床高加工精度及高生產(chǎn)效率的特點(diǎn)，并

2、充分地考慮工藝問題對(duì)零件加工質(zhì)量的影響，為此對(duì)工件的裝夾、刀具幾何參數(shù)、程序的編制等方面進(jìn)行試驗(yàn)，有效地克服薄壁零件加工過程中出現(xiàn)的變形，保證了加工精度,為今后更好的加工薄壁零件提供了解決問題的具體辦法。 2 影響薄壁零件加工精度的因素 （1）因工件壁薄，在夾壓力的作用下容易產(chǎn)生變形。從而影響工件的尺寸精度和形狀精度。當(dāng)采用（圖1）所示三爪卡盤夾緊工件加工內(nèi)孔時(shí)，在夾緊力的作用下，會(huì)略微變成三角形，但車孔后得到的是一個(gè)圓柱孔。當(dāng)松開卡爪，取下工件后，由于彈性恢復(fù)，外圓恢復(fù)成圓柱形，而內(nèi)孔則變成弧形三角形。若用內(nèi)徑千分尺測(cè)量時(shí)，各個(gè)方向直徑D相等，但已變形不是內(nèi)圓柱面了，這種現(xiàn)象稱之為等直徑

3、變形。 （2）易受熱變形：因工件較薄，切削熱會(huì)引起工件熱變形，使工件尺寸難于控制。對(duì)于線膨脹系數(shù)較大的金屬薄壁工件，如在一次安裝中連續(xù)完成半精車和精車，由切削熱引起工件的熱變形，會(huì)對(duì)其尺寸精度產(chǎn)生極大影響，有時(shí)甚至?xí)构ぜㄋ涝趭A具上。 （3）易振動(dòng)變形：在切削力（特別是徑向切削力）的作用下，容易產(chǎn)生振動(dòng)和變形，影響工件的尺寸精度、形狀、位置精度和表面粗糙度。 （圖1） 3 提高薄壁零件加工精度的工藝分析 （圖2）所示的薄壁零件，是我校用數(shù)控車床對(duì)外加工產(chǎn)品中難度較大的零件，為了提高產(chǎn)品的合格率，我們從工

4、件的裝夾、刀具幾何參數(shù)、程序的編制等方面進(jìn)行綜合考慮，實(shí)踐證明，有效提高了零件的精度，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。 圖　2 3.1 分析工件特點(diǎn) 從零件圖樣要求及材料來看，加工此零件的難度主要有兩點(diǎn)： (1)主要因?yàn)槭潜”诹慵?，螺紋部分厚度僅有4mm，材料為45號(hào)鋼，批量較大，既要考慮如何保證工件在加工時(shí)的定位精度，又要考慮裝夾方便、可靠，而我們通常都是用三爪卡盤夾持外圓或撐內(nèi)孔的裝夾方法來加工，但此零件較薄，車削受力點(diǎn)與加緊力作用點(diǎn)相對(duì)較遠(yuǎn)，還需車削M24螺紋，受力很大，剛性不足，容易引起晃動(dòng)，因此要充分考慮如何裝夾定位的問題。 (2) 螺紋加工部分厚度只有4mm，而且精度要求較高。

5、廣州數(shù)控系統(tǒng)GSK980TD螺紋編程指令有G32、G92、G76。采用G92、G76混用進(jìn)行編程，即先用G76（圖4）進(jìn)行螺紋粗加工，再用G92（圖3）進(jìn)精加工，在薄壁螺紋加工中，將有兩大優(yōu)點(diǎn)：一方面可以避免因切削量大而產(chǎn)生薄壁變形，另一方面能夠保證螺紋加工工的精度。 （圖3）　G92直進(jìn)式加工 （圖4）　G76斜進(jìn)式加工　　　 3.2 夾具設(shè)計(jì) 由于工件較薄，剛性較差，如果采用常規(guī)方法裝夾工件及切削加工，將會(huì)受到軸向切削力和熱變形的影響，工件會(huì)出現(xiàn)彎曲變形，很難達(dá)到技術(shù)要求。因此，需要設(shè)計(jì)出一套適合上面零件的專用夾具，如圖

6、5所示。 （圖5） 3.3 合理選擇刀具 具體的刀具角度如下： （1）外圓精車刀（采用機(jī)夾刀）Kr=90～93，Kr’=15α0=14～16，α0’=15，γ0適當(dāng)增大，刀具材料為YW1硬質(zhì)合金。 （2）內(nèi)孔精車刀（采用機(jī)夾刀）Kr=60，Kr’=30，γ0=35α0=14～16，α0’=6～8，λs=5～6，刀具材料為YW1硬質(zhì)合金。 3.4 工藝過程 (1) 裝夾毛坯15mm長(zhǎng)，平端面至加工要求； (2) 用Φ18鉆頭鉆通孔，粗、精加工Φ21通孔； (3) 粗、精加工Φ48外圓，加工長(zhǎng)度大于3mm至尺寸要求； (4) 調(diào)頭，利用夾具如圖2所示裝夾，控制總長(zhǎng)尺寸35

7、mm平端面； (5) 加工螺紋外圓尺寸至Φ23.805； (6) 利用G76、G92混合編程進(jìn)行螺紋加工； (7) 拆卸工件，完成加工。 3.5切削用量 (1) 內(nèi)孔粗車時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速每分鐘500-600轉(zhuǎn)，進(jìn)給速度F100-F150，留精車余量0.2-0.3mm。 (2) 內(nèi)孔精車時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速每分鐘1100-1200轉(zhuǎn)，為取得較好的表面粗糙度選用較低的進(jìn)給速度F30-F45，采用一次走刀加工完成。 (3) 外圓粗車時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速每分鐘1100-1200轉(zhuǎn)，進(jìn)給速度F100-F150，留精車余量0.3-0.5mm。 (4) 外圓精車時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速每分鐘1100-1200轉(zhuǎn)，進(jìn)給速度F

8、30-F45，采用一次走刀加工完成。 4 編程方案 (數(shù)控系統(tǒng)采用GSK980TD） 程序內(nèi)容 程序說明 O1234 命名O G00 X200 Z50 定位至起刀點(diǎn) M3 S550 啟動(dòng)主軸，轉(zhuǎn)速550轉(zhuǎn)/分 T0101 調(diào)用1#內(nèi)孔刀 G00 X16 Z5 定位至（16,5） G71 U0.8 R0.3 G71外圓車削循環(huán)， 對(duì)內(nèi)孔Φ21進(jìn)行粗加工 G71 P1 Q2 U-0.5 W0 F100 N1 G0 X21.4 G1 Z0 F40 X21 Z-0.2 N2 Z-37 G0 X200 Z50 M5

9、 回至起刀點(diǎn)，主軸停止 M0 程序停止 M3 S550 主軸啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速550轉(zhuǎn)/分 G0 X16 Z5 定位至（16,5） G70 P1 Q2 G70 精車循環(huán)N1～N2 G0 X200 Z50 定位至起點(diǎn) T0202 M3 S1150 調(diào)用2#外圓精車刀，啟動(dòng)主軸，轉(zhuǎn)速為1150轉(zhuǎn)/分 G00 X52 Z5 定位至（52,5） G90 X50 Z-6 F100 G90外圓切削循環(huán) X48 車至Φ48 G0 X100 Z100 M5 回至起刀點(diǎn)，主軸停止 M0 程序停止，零件調(diào)頭并裝夾 T0202 調(diào)用2#外圓精車刀 M3 S1150 主軸啟

10、動(dòng)，轉(zhuǎn)速1150轉(zhuǎn)/分 G00 X50 Z2 定位至（50,2） G71 U2 R0.5 G71 外圓車削循環(huán)，對(duì)螺紋外圓進(jìn)行粗加工 G71 P3 Q4 U0.5 W0 F100 N3 G0 X21.805 G1 Z0 F50 X23.805 Z-1 N4 Z-32 G0 X100 Z100 M5 回到起刀點(diǎn)，主軸停止 M0 程序停止 M3 S1150 主軸啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速1150轉(zhuǎn)/分 G00 X50 Z2 定位至（50,2） G70 P3 Q4 精車N3～N4內(nèi)容 G0 X100 Z100 回?fù)Q刀點(diǎn)（100,100） T0404 調(diào)用4#螺紋刀 G

11、0 X25 Z5 定位至（25,5） G76 P010160 Q300 R0.1 G76螺紋車削循環(huán)車削M24*1.5螺紋部分 G76 X22.25 Z-28 P975 Q100 F1.5 G0 X25 Z5 定位至G76同一螺紋加工起點(diǎn) G92 X22.15 Z-28 F1.5 G92精修螺紋 X22.05 X22.05 G0 X100 Z100 M5 返回起點(diǎn)、停主軸 M30 程序結(jié)束 5結(jié)束語 本文闡述了薄壁工件的加工特點(diǎn)，減少和防止加工變形的方法，加工難點(diǎn)分析以及數(shù)控車削薄壁件參數(shù)的選擇，確定了薄壁零件加工方案。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐證明，該加工方案切實(shí)可行，能保證薄壁零件的尺寸精度、形狀精度、位置精度、表面粗糙度和裝配質(zhì)量都滿足圖紙要求，減少了裝夾校正的時(shí)間，減輕了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯?？蔀轭愃屏慵彤a(chǎn)品的機(jī)械加工提供一定的借鑒。 ： [1]GSK980TD系統(tǒng)說明書.編程手冊(cè).廣州：廣州數(shù)控設(shè)備廠.2004.6.. [2]職業(yè)技能鑒定教材編審委員會(huì).車工.北京：勞動(dòng)社會(huì)保障出版社.2004.7. [3]劉立.數(shù)控車床編程與操作.北京：北京理工大學(xué)出版社.2006.8. [4]穆國(guó)巖.數(shù)控加工編程與操作.北京：機(jī)械出版社.2008.8.轉(zhuǎn) [5]鄭文緯 吳克堅(jiān).機(jī)械原理.北京：高等教育出版社2003.5.