数控车薄壁零件加工.doc

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前 言

本课题是以薄壁零件“YX—168”为研究对象, 研究薄壁零件产品的加工工艺及工装设计。“YX—168”是要加工生产的薄壁零件的名称。

薄壁零件具有体积小、重量轻、结构紧凑的特点，在许多产品中得到应用。随着一些产品体积小型化，精密化，薄型零件的应用也越来越广泛，已经成为许多产品的关键性零件。但是，由于薄壁零件壁薄，刚性差，加工时容易变形，不易保证加工质量，给该零件的机械加工造成困难，因而阻碍了产品设计和发展。因此，薄壁零件的加工工艺已成为机械加工过程中必须解决的工艺问题。

采用什么样的加工工艺，才能保证薄壁零件的精度呢？

“YX—168”薄壁零件的生产批量大，而且零件壁厚仅0.75mm，加工精度要求也比较高，以往在普通车床上加工就很难达到零件的技术要求，而且生产效率低，不能适应大批量加工的要求。因此，研究薄壁零件的加工工艺，对于保证产品质量具有重要意义。

根据“YX—168” 薄壁零件的工艺特征，通过理论分析和试验确定一种利用数控车床加工该零件的合理的工艺方法，并设计其专用工装夹具。

经过多次试验，我们采用的这种在数控机床上加工的工艺方法和设计的专用工装夹具，较好地解决薄壁零件的加工问题，。

由于数控车床按照预定的加工程序自动加工，加工过程中避免了由于操作人员造成的人为误差，提高了零件加工精度的一致性，对于保证产品质量的稳定起到重要作用。而数控车削技术的应用，极大的提高了生产效率。同时，由于设计和采用了专用的夹具，解决了零件薄壁易变形，加工性能差的难题。

本设计的意义在于，通过对“YX—168”薄壁零件加工工艺以及工装夹具的设计，总结利用数控技术和专用夹具加工薄壁零件的经验，并从理论上加以分析和提高，给制造薄壁零件加工工艺提供依据。

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薄壁零件的加工问题，一直是较难解决的。薄壁件目前一般采用数控车削的方式进行加工，为此要对工件的装夹、刀具几何参数、程序的编制等方面进行试验，从而有效地克服了薄壁零件加工过程中出现的变形，保证加工精度。影响薄壁零件加工精度的因素有很多，但归纳直来主要有以下三个方面： (1)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1所示。 (2)受热变形

因工件较薄，切削热会引起工件热变形，使工件尺寸难于控制。 (3)振动变形

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，影响工件的尺寸精度、形状、位置精度和表面粗糙度

既然影响薄壁件加工精的因素找到了，那么我们将如何提高薄壁零件的加工精度呢？接下来笔者将通过具体实例来介绍提高薄壁件加工精度和效率的措施。 图2所示的薄壁零件，是我校用数控车床对外加工产品中难度较大的零件。采用的设备是配备了广州数控系统GSK980T的数控车床。为了提高产品的合格率，我们从工件的装夹、刀具几何参数、程序的编制等方面进行综合考虑，实践证明，有效提高了零件的精度，保证了产品的质量。

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1．问题的提出及解决方法

1.1 零件图分析

先看下面零件图1.1

图1.1

从零件图样要求及材料来看，加工此零件的难度是很大的，最大的难度是：壁厚最薄0.75mm。其次：加工材料为Sus430F（不锈钢），相当于中国的Y1Cr17(GB/T1220)不锈钢。难切削，大外圆与两端内孔的同轴度为φ0.0127mm，内径尺寸为φ12.707-φ12.697mm，公差只有0.01mm，最大外径为φ14.31-φ14.28mm，公差只有0.03mm，两端内孔各有一个台阶，这两个台阶的平行度为0.005mm，壁薄、精度高、难切削、易变形是该零件的一个显著特点。

1.2影响薄壁零件加工精度的因素分析

壁薄是薄壁零件的突出特点。在夹紧力和切削力的作用下，容易产生

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变形、振动，影响工件车削精度，而且容易引起热变形，工件尺寸不易掌握。［1］

1.2.1受热变形

因工件较薄，切削热会引起工件热变形，使工件尺寸难于控制。 1.减小切削热的措施

(1) 减小切削力

(2) 车削时需注意控制切削温度的升高，首先通过减小切削变形来减少切削热的产生，同时增大刀尖部分的散热面积以及使用充分的冷却润滑液等途径，将切削热及时传散。

1）应选用抗粘结冷却性好的切削液，如含硫、氯等极压添加剂的乳化液；

2）切削液的的供液必须充分，最好能采用喷雾冷却、高压等高效的冷却方法。

1.2.2振动变形

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、位置精度和表面粗糙度。

径向切削力位于水平面上，它垂直于纵走刀方向，揭力使车刀离开工件，而车刀对工件的作用力却是工件在水平方向上弯曲，车削时工件之所以产生振动，大都由于它的影响。

减小振动变形的措施：

选用刚性好，功率大的机床。同时尽可能提高刀具及工件的刚度，如增大刀杆截面积，减少刀具的悬伸长度等。

1.2.3受力变形

1.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

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度和形状精度。

要是薄壁零件“YX—168”按照如图1.2所示进行装夹：

图1.2

我们都知道三爪自定心卡盘上装夹，零件只受到三个爪的夹紧力，夹紧力作用在零件外圆周上的三个点上，又由于零件本身的内外圆直径差很小，壁厚只有0.75mm， 强度当然就弱，如果在卡盘上夹紧时用力过大，从而使零件产生变形。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，人们通常在采取粗车时夹紧些，精车时夹松些来控制零件的变形。

又如图1.3和图1.4所示，要是采用开口过渡环或增大卡爪与工件的接触面积。［2］通过试验证明：后一种方法夹紧较前一种装夹方式零件的变形较小，但是方法还是不可行，因为变形仍然无法满足加工精度要求。

图1.3 三爪自定心卡盘装夹 图1.4 开缝套筒装夹

如果我们转移夹紧力的作用点，如图1.5所示，由径向夹紧改为轴向夹紧，因为薄壁套筒工件的轴向刚性比径向好，零件的变形小，也可以说明轴向压紧方法有利于承载夹紧力，而不致使零件变形。

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图1.5 轴向夹紧示意图

但是，不管是图1.3还是图1.4的装夹方法，它们都会使所加工的工件产生变形。至于图2.5，虽然使所加工的零件产生变形很小，但是每加工一个零件都要用螺冒人工锁紧，这种方法增加了装夹辅助时间，增加了操作者的劳动强度，降低了生产效率，使生产效率低，并且不能保证加工后零件的质量，不能够适应大批量生产的要求，特别是在数控车床上类似于薄壁零件“YX—168”的大批量生产。

特别地，图2.5轴向夹紧对于薄壁零件“YX—168”的工艺制定造成极大的困难，内径怎么加工？只有先车内径，后车外圆。

2.解决受力变形的措施

为了减少工件的受力变形和振动变形，我们须设计一套经济性的工装夹具:

(1) 采用径向夹紧，几乎以工件整个圆周为接触面。

(2) 使夹紧力大小要均匀、适当。将零件上的每一点的径向夹紧力都保持均衡；

(3) 在加工零件时采用端面定位；

(4) 工装夹具通用性强，使夹紧过程可靠； (5) 不改变工件定位后所占据的正确位置；

(6) 既要保证工件在加工过程中其位置稳定不变、震动小，又要使工件不会产生夹紧变形或变形很小；

(7) 操作简单方便、省力、安全。结构性好，夹紧装置的结构力求简单、紧凑，便于制造和维修。

(8) 工件的夹紧应采用气压夹紧，不宜采用液压夹紧，因为液压夹紧的力比气压夹紧大。

(9) 由于工件壁薄，夹紧力小，在最后精车时应采用高转速和较小的

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切削用量（ap和f）；

2．工装夹具设计要点及原理

2.1工装夹具的组成

根据以上情况，特别是受力变形的分析，由于原有机床本身的夹紧是

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变更标记12变更内容签 名日 期渤海船舶职业技术学院毕业设计

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除指定外所有尺寸都以公制公差如下制 图工程师审 核DECIMAL.X ±0.1.XX ±0.01.XXX ±0.005ANGLES±0°-1°工厂名称批 准比 例去除毛刺及利角材料:2:1图号:未注倒角： 卡 盘版本:SHT1OF1

变更标记12变更内容签 名日 期渤海船舶职业技术学院毕业设计

图2.1

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未注倒角均为除指定外所有尺寸都以公制公差如下DECIMAL.X ±0.1.XX ±0.01.XXX ±0.005ANGLES±0°-1°制 图工程师审 核批 准比 例去除毛刺及利角材料:2:1工厂名称 夹 爪图号:版本:SHT1OF1

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图2.2

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变更标记变更内容签 名日 期32渤海船舶职业技术学院毕业设计

1 图2.3

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658710987序号零件图号4 M5螺钉 卡 盘 夹 爪 零件 YX-168 零件名称除指定外所有尺寸都以公制公差如下制 图16 1 1 1数量备注9工程师审 核工厂名称10批 准比 例去除毛刺及利角材料:夹具装配图1:1图号:版本:SHT1OF1

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三爪夹紧，实践证明：工件变形大。为此要设计一个几乎以工件整个圆周为接触面的夹爪，再设计一个卡盘，以代替原有机床上的卡盘，将其安装在机床的主轴上，再将夹爪安装在卡盘上，沿用机床本身的气压夹紧，然后车爪，车爪时，爪的大小要适当，否则工件在加工的过程中要打滑，严重影响工件的形状与位置精度以及尺寸精度。 2.2工装夹具设计图

卡盘见图2.1，夹爪见图2.2，工装夹具装配图见2.3。

3．零件工艺规程设计

3.1确定零件毛坯的制造形式

根据图纸要求，材料为Sus430F，从图纸上看，零件最大外径为φ14.31-φ14.28mm，选择φ14.5×3000mm，减少切削量，减少换料时间，提高劳动生产率。

3.2设计零件的机械加工工艺路线

安排粗车→半精车→精车。 3.3确定各工序所用机床及工艺装备

各工序所用车床为：工序一（S1），使用日本数控车床BNC-34C3；工序二（S2）和工序三（S3）均使用日本数控车床GN-3，卡盘，夹爪。工序一、工序二、工序三的工序图分别见图3.1、图3.2和图3.3。

加工顺序为：工序一（S1） 工序二（S2） 工序三（S3）。

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图3.1 图3.2

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图3.3

最后车削的结果如1.1所示。

4．工艺文件

4.1机械加工工艺过程卡片

机械加工工艺过程卡片

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工厂名称 ×××× 产品 型号 产品 名称 渤海船舶职业技术学院毕业设计 零件图号 共1页 零件名称 YX—168 第1页 材料 牌号 SUS430F 材料规格 φ14.5×3000mm 每批数量 名称 不锈钢 每根材料可生产量 每台件数 版本 A 序工序工序车间 设备夹具名切削刀具 量具名号 名称 内容 名称称及编及型号 号 1 S1 粗车 数控夹头φ外圆车刀 游标卡 车床14.5 BNC-34C φ9.6钻尺 千分尺 工时 称及编总工 单件 号 扶咀φ头 14.5 送料夹φ14.5 内孔车刀 高度仪, 2 S2 半粗 车 数控卡盘 车床 GN-3 夹爪 内孔刀刀 游标卡 尺 塞规 高度仪 3 S3 精车 数控卡盘 车床 GN-3 夹爪 精车内孔高度仪 刀 投影仪 内径表 跳动表 塞规 4 S4 5 S5 6 S6 清洗 钝化 检验 7 S7 - 13 - 包装 8 S8 入库 注：相关切削刀具详见各工序卡片 设计 审核 批准 渤海船舶职业技术学院毕业设计

4.2机械加工(工序一)卡片 4.2.1工艺卡片

机械加工工艺卡片

材料 SUS430F φ14.5×3000mm 零件名称 工序 YX—168 (S1) S1 编制 共3页 工厂名称 ×××× 规格 工序号 审核 批准 A 第1页 程序编号 主轴夹具名称 使用设备编号 零件切削液 图号 版本 S1 O0001 夹咀 φ扶咀 φ送料夹头 φS1日本BNC-34C数控车床 车间 机加车间 乳化液 14.5 14.5 14.5 主轴工步 工步内容 刀具号 转速 r/min 1 钻φ9.6通孔 粗车φ12.5±2 0.05内孔，倒角C0.25，孔深4.0±0.05 3 车端面 T0202 3000 F0.04 1 自动 T0202 3000 F0.04 4 游标卡尺 高度仪 自动 进给背吃速度 刀mm/r mm 走刀次数 量具 备注 T0101 1200 F0.07 3 游标卡尺 自动 - 14 -

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精车大外圆φ14.29±0.015， 4 精车小外圆φ13.97±0.1 ，倒角C0.25 1.87±0.05，10.02±0.05 T0303 3000 F0.04 1 数显千分尺, 投影仪或显微镜 游标卡尺 投影仪或显微镜 自动 5 T0303 3000 F0.04 1 自动 6 总长12.15±0.05 T0404 2000 F0.025 1 游标卡尺或投影仪 自动 4.2.2刀具清单

机械加工刀具清单

产品名称或工厂名称 ×××× 刀具规格名称 代号 零件名称 机夹刀粒型号 零件图号 S1 版本 A 刀尖刀柄型号 数量 加工表面 半径mm DSC096S S08X-SCLCR06-10 1 钻通孔 加工内孔φ12.5 YX—168 (S1) 工序 序刀具号 号 1 T0101 钻头 φ9.6 内孔CCMT060202H刀 Q PR930 DCGT11T302M3 T0303 外圆刀 FNAM3 2 T0202 1 R0.2 SDNCN1212H-11 1 加工所有外圆尺寸 R0.2 - 15 -

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RF123E11-12124 T0404 切断刀 N123E2-CM BS 1 编制

4.2.3加工程序卡片

机械加工程序卡片

车床型号 零件名称 工序号 S1 审核 图号 程序号 回机床参考点 坐标系设定,切削液开 调5号刀 5号刀挡料 送料机松开送料并夹紧 5号刀后退50mm 调1号刀 版本 A 批准 共3 页 第 1 页 审核 批准 总长 R0.1 日本GN-3 YX—168（S1） 编制 O0001（3566-100 S1）； G30U0W0T0； G50X0Z0M8； T0500； U-120.0W-20.0； M12； G0W50.0； T0100； G0X0Z20.0T0101M3S1200(φ9.6钻头) 主轴正转每分钟3000转,T0101刀钻 - 16 -

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孔 Z1.0； G1Z-7.0F0.07； G0W0.5； G1Z-12.0 F0.07； G0W0.5； G1Z-18.0 F0.07； G0Z50.0； ； T0200； 钻头接近零点1 mm 钻孔(深7 mm) 退刀0.5mm 钻孔(深12 mm) 退刀0.5mm 钻孔(深18 mm) 退刀50mm 调1号刀 G0X-10.6Z20.0T0202M3S3000(内孔刀) 主轴正转每分钟3000转,T0101刀镗孔 Z1.0； G1Z-3.95F0.04； G0U0.5W0.5； Z1.0； X-11.6； G1Z-3.95F0.04； G0U0.5W0.5； Z1.0； X-12.3； G1Z-3.95F0.04； G0U0.5W0.5； Z0； G1X-14.5F0.02； X-13.02F0.05； X-12.5W0.26F0.02； Z-4.0F0.04； 接近端面1 mm 镗φ10.6孔(深3.95 mm) 退刀0.5mm 退刀到端面外1 mm 刀尖走到φ11.6 镗φ11.6孔(深3.95 mm) 退刀0.5mm 退刀到端面外1 mm 刀尖走到φ12.3 镗φ12.3孔(深3.95 mm) 退刀0.5mm 退刀到端面零点 端面车削 退刀到φ13.02 加工到角C0.26 镗φ12.45孔(深4.0 mm) - 17 -

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U-0.1； X-9.6； G0Z50.0； ； T0300； 径向退刀0.1 退刀到φ9.6 退刀到端面外50mm 调3号刀 G0X10.0Z20.0T0303M3S3000(外圆刀)； 主轴正转每分钟3000转,T0303外圆刀 X13.09 Z1.0； G1Z0.2 F0.1； X14.295W0.6F0.00.04； Z-1.71； X13.97W-0.163 Z-9.857； X14.295W-1.163； Z11.65； U-1.0W-0.5； W-1.0； G0X20.0Z50.0； T0400； G0X18.0Z10.0T0404M3S2000； 外圆刀走到φ13.09 外圆刀走到离端面1mm 外圆刀走到离端面0.2mm 加工到角C0.6 加工大外圆φ14.295 加工到角C0.163 加工外圆φ13.97 加工到角C0.163 加工大外圆φ14.295 加工到角C0.5 沿轴向走刀1 mm 快速退刀到(20.0,50.0) 调3号刀 主轴正转每分钟2000转,T0404切断刀 Z1.0； Z-12.15； M35； G1X9.0.0F0.025； X2.0F0.05； M36； 切断刀沿轴向走到离端面1 mm 切断刀沿轴向负方向走到12.15 mm 接件器前进 切断刀径向走到φ9.6 切断工件 接件器后退 - 18 -

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G0X18.0M9； Z50.0M5； G30U0W0T0； M30；

快速退刀到φ18.0,切削夜关 快速退刀到端面外50mmφ,主轴停止 回机床参考点 程序结束 4.3械加工(工序二)卡片

4.3.1工艺卡片

机械加工工艺卡片

材料 SUS430F 工厂名称 ×××× 规格 工序号 φ14.5×3000mm 零件名称 工序 YX—168 (S2) S2 编制 共3页 审核 批准 A 第1页 程序编号 夹具名称 使用设备编号 零件切削液 图号 版本 S2 O0002 卡盘 夹爪 日本GN-3数控车床 主轴 车间 机加车间 乳化液 工步 工步内容 刀具号 转速 r/min 进给背吃速度 刀mm/r mm 走刀次数 量具 备注 - 19 -

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半粗车φ12.5±1 0.05内孔，倒角C0.25，孔深4.0±0.05 4.3.2刀具清单

机械加工刀具清单

产品名称或工厂名称 ×××× 零件名称 序刀具号 号 刀具规格名称 机夹刀粒型号 YX—168 (S2) 工序 S2 A 刀尖刀柄型号 数量 加工表面 半径mm 代号 零件图号 版本 T0101 3000 F0.04 4 游标卡尺 高度仪 自动 1 T0101 内孔CCMT060202H刀 QPR930 S08X-SCLCR06-10 半粗车φ1 12. 5±0.05内孔 R0.2 S08X-SCLCR06-内孔CCMT060202H刀 Q PR930 编制

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10 1 2 T0101 半粗车7. 95±0.05 R0.2 审核 “ 批准 渤海船舶职业技术学院毕业设计

4.3.3加工程序卡片

机械加工程序卡片

车床型号 零件名称 工序号 S2 审核 图号 程序号 回机床参考点 坐标系设定,切削液开 主轴正转每分钟3000转,T0101镗孔刀 Z1.0; G1Z-4.0F0.04; G0U0.5W0.5; Z1.0; X-11.6; G1Z-4.0F0.04; G0U0.5W0.5; Z1.0; X-12.3; G1Z-4.0F0.04; G0U0.5W0.5; Z0; G1X-14.5F0.02; X-13.02F0.05; X-12.5W0.26F0.02 G1Z-4.1F0.04; U-0.1; 接近端面1 mm 镗φ10.6孔(深4 mm) 退刀0.5mm 退刀到端面外1 mm 刀尖走到φ11.6 镗φ11.6孔(深4 mm) 退刀0.5mm 退刀到端面外1 mm 刀尖走到φ12.3 镗φ12.3孔(深4 mm) 退刀0.5mm 退刀到端面零点 端面车削 退刀到φ13.02 加工到角C0.26 镗φ12.45孔(深4.1 mm) 扎槽 版本 A 批准 共 1 页 第 1 页 日本GN-3 YX—168（S2） 编制 O0002（3566-100 S2）; G30U0W0T0; G50X0Z0M8; X-10.6Z20.0T0101M3S3000; - 21 -

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X-9.0 G0Z20.0M9; M5; G30U0W0T0M17; M30; 退刀到φ9.0 退刀到端面外50mm, 切削液关 主轴停止 回机床参考点,主轴夹头松开 程序结束 4.4械加工(工序三)卡片

4.4.1工艺卡片

机械加工工艺卡片

材料 SUS430F φ14.5×3000mm 零件名称 工序 YX—168 (S3) S3 编制 共3页 工厂名称 ×××× 规格 工序号 审核 批准 A 第1页 程序编号 夹具名称 使用设备编号 日本GN-3数控车床 主轴进给零件切削液 乳化液 图号 版本 S3 O0003 卡盘 夹爪 车间 机加车间 工步 工步内容 刀具号 转速 r/min 背吃速度 刀mm/r mm 走刀次数 备注 精车φ12.722±1 0.009内孔，倒角C0.25，孔深2.03±0.1 T0101 3000 F0.015 3 高度仪 内径表 跳动表 自动 - 22 -

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精车φ12.702±2 0.005内孔，倒角C0.25，孔深4.0±0.05 精车φ9.906±0.127内孔 F0.025 T0101 3000 F0.015 3 高度仪 内径表 跳动表 高度仪 1 内径表 跳动表 自动 自动 3 T0202 3000 精车φ12.702±4 0.005内孔，倒角C0.25，孔深4.0±0.05 T0202 3000 F0.015 3 高度仪 内径表 跳动表 自动 4.4.2刀具清单

机械加工刀具清单

产品名称或工厂名称 ×××× 零件名称 序刀具号 号 刀具规格名称 机夹刀粒型号 YX—168 (S3) 工序 S3 A 刀尖刀柄型号 数量 加工表面 半径mm STUBR0806B-06 TBGT060102LPR930 1 代号 零件图号 版本 精车1 T0101 内孔刀 精车φ±R0.1 12.7220.009内孔 - 23 -

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精车2 T0101 内孔刀 TBGT060102LPR930 STUBR0806B-06 精1 车φ±R0.1 12.7020.005内孔 STZBR08506B-0精车3 T0202 内孔刀 TBGT060102RPR930 6W 1 精车φ±R0.1 9.9060.127内孔 精车4 T0202 内孔刀 TBGT060102RPR930 STZBR08506B-06W 精1 车φ±R0.1 12.7220.009内孔 编制 审核 批准 4.4.3加工程序卡片

机械加工程序卡片

车床型号 日本GN-3 零件名称 YX—168（S3） 编制 审核 程序号； 机床回参考点； 坐标系设定,切削液开； 批准 工序号 S3 图号 版本 A 共 1 页 第 1 页 O0003（3566-100 S3）; G30U0W0T0; G50X0Z0M8; - 24 -

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X-9.4Z20.0T0101M3S3000; 调T0101号内孔刀，主轴正转，每分钟3000转； Z1.0; Z-4.6; G1X-9.6F0.03; X-10.8Z-3.9; X-9.5W0.4; Z-4.12; X-12.6; G0X-12.0W0.1; 刀具快速走到距离工件端面1mm； 快速进刀4.6mm； 刀具走到内径φ9.6 mm； 加工倒角； 加工倒角； 进刀4.12mm； 粗加工内孔台阶面； 快速径向退刀0.4 mm，轴向退刀0.1 mm； Z0.5; X-12.5; G1Z-4.12F0.04; X-12.87; G0X-12.0W0.1; X-12.4Z0.5; G1Z0.05;F0.05; X-14.5F0.02; Z0; X-13.2; X-12.2W-0.5; G0Z0.2; G1X-12.72F0.015; Z-2.0; X-12.2W0.5F0.2; X-12.702F0.015; Z-3.8; 刀具快速退刀到工件端面外0.5mm； 刀具走到φ12.5 mm； 粗镗内孔,孔深4.12mm； 粗加工槽位； 退刀； 退刀； 刀具距离工件端面外0.05mm； 粗车削端面 刀具位于工件端面零点； 精车削端面； 加工倒角； 刀具距离工件端面外0.2mm； 精加工内孔； 轴向进刀孔深2mm； 退刀； 精加工内孔； 轴向进刀孔深3.8mm； - 25 -

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X-12.85Z-4.14; X-9.5; G0Z20.0; X-9.5Z20.0T0202; Z0; Z-12.2; X-12.2 G1X-12.72 F0.015; Z-9.89; X-12.2W0.5F0.2; X12.702F0.015; Z-8.1; X-12.85Z-7.75; G0X-9.5W-0.2; Z20.0M9; M5; G30U0W0T0M17; M30; % 精加工槽位； 退刀； 退刀到工件端面外20mm； 调T0202号内孔刀，主轴正转； 刀具快速位于工件端面零点； 快速进刀，孔深12.2mm； 精加工内孔； 精加工内孔； 退刀； 精加工内孔； 精加工内孔； 精加工槽位； 退刀； 退刀到工件端面外20mm，切削液关； 主轴停 机床回参考点，主轴夹头打开； 程序结束。 结 论

本设计的意义在于，根据“YX—168” 薄壁零件的工艺特征，通过理论分析和试验确定一种利用数控车床加工该零件的合理的工艺方法，并设计其专用工装夹具。总结利用数控技术和专用夹具加工薄壁零件的经验，

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并从理论上加以分析和提高，给制造薄壁零件加工工艺提供依据。盘形薄壁零件加工的刀具配备和切削要素以及切削液的选择， 是保证产品加工质量的重要基础。只要在施工前充分了解工件材料的特性， 零件装夹的工艺特性，制定公道的工艺步骤和操纵方法， 并找出工艺系统中因切削影响工件变形， 产生波纹等质量题目的因素， 并调整修正切削参数， 同时利用数控车床的特殊功能， 就一定能够使零件加工表面达到高质量水平。机床夹具配置的好坏对零件加工质量起到举足轻重的作用， 该夹具根据零件的特殊外形， 将定位、支承、压紧和浮动减振等构件设计成柱式结构， 其刚度能完全满足产品加工的质量要求， 而且加工效率比较高。设计要点因零件生产批量大，在数控车床上设置了专用工装，夹具体3 上设有圆柱定位销2 和削边销1.当工件11 安装在圆柱定位销2 上时，其背面则靠实在三个顶压支承柱12 的端面上，随即将倒锥内六角头螺钉13 穿过工件11 上面已经压铸好的锥孔内，将工件11 装夹在顶压支承柱12 上。但螺钉头端面必须低于工件11 的加工平面，这是由于工件11 的定位面短，采用这种顶压支柱的装夹形式，才会获得好的效果。为了防止加工时产生振动，在顶压支承柱12 的三角弦线中部设有浮动支承钉7 与工件11 接触， 然后将锁紧螺钉6 拧紧， 同时还应检查中心浮动支承9 与工件11 接触情况， 并拧紧锁紧螺钉10, 完成工件11 的装夹， 才能进进加工程序。

通过实际加工生产，以上措施很好地解决了加工精度不高等问题，减少了装夹校正的时间，减轻了操作者的劳动强度，提高效率并保证加工后零件的质量，经济效益十分明显。本文所介绍的，只是针对某一具体的工件所采取的加工策略，虽然不具备普遍性，但还是希望能起到抛砖引玉的作用0引言薄壁零件机械加工的变形问题,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。太重油膜轴承分公司生产的轧机油膜轴承的主要零件衬套就属于薄壁零件中的一种,此零件壁厚与孔径的比值约为1∶30。由于衬套在轴承中所起的作用,设计要求其内孔采用柔软、耐磨性强的材料——巴氏合金,外圆采用16M n或20钢,因此该零件的刚性很差;但是此零件的尺寸精度、几何精度和表面粗糙度都要求较高,尺寸公差<0.05 mm,同轴度<0.02 mm,表面粗糙度R a<0.8μm,这更增加了该零件的加工难度。为了解决产品加工质量问题,本文分析了影响零件变形的几个主要因素,

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并提出了相应的对策。1夹紧力对工件加工精度的影响零件在车床加工时,一般采用四爪卡盘卡紧,零件受径向力作用。为了在加工过程中不使零件松动,夹紧力必须大于切削力,当切削力增大时,夹紧力也必须增加,如此车出的零件在卡爪松开后,零件的几何形状已完全不同于在机床上加工时的形状,而呈椭圆形甚至多边形。虽然粗加工产生的变形及应力可通过对零件的热处理来消除,但因为精车时的零件装卡方式仍然与粗加工相同,所以精车时零件的加工变形仍然要留到精加工、磨削加工引言切削参数是影响加工过程的主要因素,关于切削参数优化,目前大多数的研究主要是基于生产效率和生产成本为目标函数进行优化,以变形控制为目标函数的研究较少。但是对于薄壁零件切削而言,由于薄壁零件结构复杂,相对刚度较低,在切削加工中极易发生加工变形,造成壁厚上厚、下薄尺寸超差等问题。在装夹情况、刀具情况、工件情况等相同的前提下,薄壁零件变形主要是受动态切削力和切削时是否颤动影响,切削参数又是影响切削力和切削时是否颤动的主要因素,本文在前期开发智能参数优化系统的基础上,对薄壁零件的切削参数进行第二次优化,进而控制动态切削力,并使切削参数小于加工颤动的临界值,最终实现薄壁零件的高效高精加工。1影响薄壁零件加工时产生颤动、变形的因素影响零件加工精度的主要因素有:机床刚性、机床几何精度、刀具震动、刀具磨损、工件内应力、工件受力变形、工件装夹影响等。对于薄壁零件而言,因为其刚度小,在加工过程中受残余应力、装夹力、切削力、切削热等因素影响极易发生加工变形和切削振动,导致加工误差。但是在材料、装夹条件和加工路径确定的情况下,薄壁件的加工变形主要是由切削力和切削震动引起的。为了保证薄壁零件加工过程的平稳，解决薄壁零件的加工变形,历来是机械加工行业的主要难题。为此,国内外学者通过大量的理论分析和实验研究,建立了若干种动态、静态的加工模型,利用有限元技术模拟分析刀具和工件的加工变形,并由此提出了一些有效的加工方法,使薄壁件的加工技术有了一定的突破。我们在实际生产中,根据不断出现的变形情况,采取相应措施控制变形,取得了较好的效果。1产生变形的原因薄壁零件产生加工变形的原因很多,首先在零件设计时,要考虑其结构的工艺性,零件形状应提高其结构刚性,避免加工变形;尽量作到结构对称、薄壁厚度均匀一致,不能发生突变。选择毛坯时,尽量选用消除了内应力的原材料。在制造系统中,零件加工变形的主要因素有:(1)工件的装夹条件。因薄壁

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零件刚性差,加工时因夹紧力与支承力的作用点选择不当,会引起附加应力;夹、压的弹性变形将影响表面的尺寸精度和形状、位置精度,产生加工变形。所以,零件加工时的装夹、定位设计是减小变形、保证质量的重要因素之一。(2)加工残余应力。零件在加工过程中,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,使零件表层内部产生新的加工残余应力。残余应力是一个不稳定，薄壁零件是较难加工的零件,这类零件的壁厚与它的径向、轴向尺寸相比较,相差悬殊,所以薄壁零件的刚性较差,易变形。这类零件在切削力作用下,容易引起热变形及产生振动和变形,影响工件的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度。此外,部分精密零件的结构复杂、精度要求高,而且需要多次换位装夹找正费工费时,生产准备时间过长,影响加工效率,给车削加工带来一定的困难,因此装夹成为加工质量和提高效率的关键。本文就薄壁零件车削加工中常出现的问题、解决办法以及如何加工技巧进行一些探讨。1.薄壁零件加工问题分析(1)工件装夹不当产生变形用自定心卡盘夹紧薄壁外圆,车削完成卸下后,被卡爪夹紧部分会因弹性变形而胀大,导致零件呈多角形。为了减少变形,使用前车削扇形软卡爪内孔及内端面并符合零件定位外圆尺寸,且保持内孔与端面垂直,同时采用外加开口套筒或改用特殊软爪等措施来增大接触面积,使夹紧力均匀分布。(2)相对位置调整不准,产生壁厚不均工件、夹具、刀具与机床主轴旋转中心的相对位置调整不准,引起工件几何形状变化和壁厚不均匀。(3)有些薄壁零件均匀性要求很高,但其尺寸精度要求却不高这类工件若采用刚性定位,则误差较大,壁厚极易超差。薄壁零件刚度低,加工工艺性差,夹紧力、切削力都容易使零件产生变形,造成加工误差.合理的夹具可以保证工件准确定位和稳定夹紧,把工件的变形和位移控制在精度要求范围之内,是确保薄壁件加工精度的关键.1计算机辅助夹具设计在目前的生产制造中,CAD技术使产品设计、制造、工装以及相关信息实现了数字化,在企业数字化、信息化过程中起着举足轻重的作用.计算机辅助夹具设计(Computer Aided Fixture Design,CAFD)的夹具设计计算、结构设计、总装图和零件图的绘制,以及制定夹具零件的数控加工程序等工作,都是通过计算机软件程序来完成的[1].在通用CAD系统环境下,计算机辅助夹具设计的过程一般要经历总体设计、技术设计和详细设计3个阶段[2].总体设计的内容包括分析零件的设计与工艺信息、进行夹具形式选择、定位导向装置设计、

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夹紧机构设计和夹紧力与定位误差的计算等,初步确定夹具元件的主要设计参数及夹具总体结构.技术设计是将总体设计阶段所确定的方案具体化的过程,即在三维设计环境下完成零件的具体设计和装配图设计,进行干涉检验和装夹分析,从而检验概念设计的正确与否,并纠正概念设计中的错误和不合理，精加工定位孔设计基准B面粗加工定位面A面E面49.2图1盖板三维图1零件特点投影仪中的盖板是薄壁铝压铸件,结构复杂,零件刚性差,强度弱,在装夹中受夹紧易变形,不易保证零件的加工质量。变形出现翘曲,主要集中在中间,四周相对变形小,铝合金薄壁零件的加工变形控制一直是难以解决的技术关键。1.1盖板的结构和加工要求如图1、图2所示,4个圆形凸台构成主要基准面A面,4个腰形凸台构成第二基准面B面,0.05A0.054.0±0.03A粗基准面A-A图2盖板截面图//B荀要求B面的平面度误差为0.05,同时相对于A面的平行度误差为0.05。两个基准面间的厚度是4±0.03,零件设计基准在腰形孔中心线上,厚度方向在A面。部分孔直径和孔位置公差要求在IT9～10,孔直径在2～6mm之间,未注公差IT12。1.2加工工艺路线制定加工顺序一般遵循下列原则:在一次装夹中尽可能完成大部分或全部工序;尽量粗、精加工分开,先粗后精;把用作精加工基准的表面先加工出来;先面后孔原则。本零件的加工在数控机床上完成,该零件的加工工艺路线为:先粗加工B面4个腰形凸台,以及与B面平行的平面和孔。精加工A面4个圆形凸，零件直径方向关键尺寸

669.98mm,图样要求其变形量控制在0.144mm以内;

厚度方向关键尺寸33.02mm,其公差范围为±0.05mm,上、下两平面平行度在0.05mm以内;且图样要求整个零件表面粗糙度值达Ra=1.6μm,如图1所示。图11.装夹难题根据零件外形尺寸和技术要求,以及我单位现有生产设备,该工件的加工设备选择为CW61100型车床。虽然此车床的加工范围能满足该工件的装夹基本需要,但在零件装夹零件时,由于四爪装夹无法自动定心,每次装夹工件都必须重新找正,不符合批量生产要求。而且四爪间的夹紧力不易把握,若夹紧力太小,工件在车削力作用下易打滑和脱落,造成安全事故;若夹紧力太大,易造成工件直径方向的变形,使零件产生了弹性及塑性变形,影响关键尺寸

669.98+00.144mm

的精度的控制,而且车削零件时容易产生弹力和共振,很难保证这类零件的尺寸精度和表面质量。针对这类工件的特殊结构和加工特点,也为了解决单动卡盘直

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接装夹引起的加工困难,满足将来批生产需求,我们设计制作了装夹工装,采用轴向压紧方式。

本课题在充分结合生产实际的基础上较为详尽地介绍了在数控车床加工中关于如何提高薄壁零件表面加工精度的问题。分析了影响加工精度的种种因素，并提出了改进的办法和具体的解决措施。最终解决了零件薄壁易变形，加工性能差的难题。同时提高了生产效率并保证加工后零件的质量，最终达到了薄壁零件“YX—168”产品几十万、上百万大批量的生产。减少了装夹辅助时间，减轻了操作者的劳动强度，减少了变形的可能性，从而保证了必要的加工精度，使经济效益的增加十分明显。

4. 刀具和切削条件的选择

（1）选用适合工件特性的刀具为了满足铝合金加工特性，粗车采用YD101 硬质合金刀具，精车时采用聚晶金刚石刀具。其刀具角度是前角5°~20°，后角4°~12°，主偏角30°~90°，粗车刀具取小值，精车刀具取大值，以发挥粗精加工刀具的切削功能，保证加工质量的稳定性。

（2）切削用量的选择切削力的大小与切削用量密切相关，在试验中发现：和进给量同时增大后，由于切削力增大而工件变形也增大；减小背吃刀量增大进给量时，其切削力反而有所下降，但零件加工表面的切削残留面积增大，表面粗糙度值增大。所以，在加工该铝合金泵体时，精加工采用的背吃刀量a p = 0. 08 ~0. 15mm,进给量f = 0. 1 ~0. 15mm/ r, 切削速度vc = 60 ~120m/min.

（3）切削液选用调配根 据该工件材质以及刀具等因素综合考虑， 选用乳化液， 采用浓度较高的配比。

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现场调配时，用手指蘸上己调配的切削液， 双指接触离开时能产生拉丝现象即可。这样调配的切削液渗透力强， 使刀具与工件间形成一层润滑膜， 减轻切屑与刀具的摩擦和粘结程度， 进步了零件表面加工质量。

参 考 文 献

［1］劳动和社会保障部,中国就业培训技术指导中心.车工(技师技能 高级技师技能)［M］.北京:中国劳动社会保障出版社,2003. 20-21. ［2］沈其文.徐鸿本 . 机械制造工艺禁忌手册［M］.北京: 机械工业出

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版社,2001.367

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