典型薄壁零件的数控车削加工工艺分析与夹具设计

顾名思义,薄壁零件的特点主要是壁薄，一般 壁厚小于3mm 的零件，我们都习惯称其为薄壁零 件。在实际生产过程中，因其重量轻、省材料、结构 紧凑，所以在各工业部门经常会遇到加工不同类型 薄壁零件的情况，但薄壁零件刚性差，夹持时夹紧 力大小、加工过程中的切削振动和切削热等因素都 会使零件变形，影响尺寸精度、位置精度和表面粗 糖度，导致零件的加工质量难以保证。薄壁零件的 变形通常表现为体积的胀大或缩小,同时在加工过 程中还伴随着零件的扭曲、弯曲。因此加工工艺的 制定、专用夹具的设计、工件的装夹、刀具参数的选 择、切削用量的选择、程序的编制等方面都是难点。

以某典型薄壁零件产品如下图1、2所示，零件 材料为45钢，提供的毛坯尺寸为杏62x 50mm ,外圆 尺寸分别为mm 、中60?。.。3 mm ,内孔尺寸分 别为一 15-S .05」

.16.703/---------------------------r

轴；同时合理安排好工艺，就能有效地减少和防止 薄壁零件在加工中出现的变形问题。

1零件加工工艺设计

1.1加工设备选择

根据零件选用的材料及加工精度和形状的要 求，选用南京数控机床有限公司生产的配置SINU -

MERIK 802D 数控系统的CK 6140型四工位回转刀 架数控车床。1.2工件装夹方式

为防止变形，保证内孔尺寸要求，零件加工采 用锥体与主轴锥孔配合的方式，确保定位可靠,拆 卸方便。

1.3刀具、量具选择1.3.1刀具选择(见表1)1.3.2量具选择(见表2)1.4切削用量选择

减少切削加工过程中的切削力是防止和减少

薄壁零件变形的有效措施，切削用量的合理选择是

典型薄壁零件的数控车削加工工艺分析与夹具设计

Typical thin-wall parts analysis of the numerical control turning processing technology and fixture design

吴啸天

(金肯职业技术学院，江苏南京211156)

摘要:本文对薄壁零件进行工艺分析与编程并针对典型零件设计专用夹具。该夹具以锥体与主轴锥孔配合定位的方 式来加工薄壁外圆，夹紧可靠、方便，可以有效地减少和防止薄壁零件在加工中出现的变形问题。本文通过SINUMERIK

802D

数控系统对某典型薄壁零件的加工进行了合理验证，确定了加工方案，具有参考意义。

关键词:薄壁零件;数控车削;工艺分析;夹具设计中图分类号:

TH 162.1 TG 702文献标识码:A

文章编号= 1005-1937(2017)01-027-04

__________________________________________________Technology and Equipment

工S 与装备

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图

图21°0

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作者简介:吴啸天(1986-)，男，实验师，研究方向:数控加工技术。

表l刀具的选择

序号刀具编号刀具类型加工表面

1T1端面车刀 车削端面,定总长

2T293°外圆车刀粗、精车左右两端外圆轮廓3T3镗孔刀 粗、精镗左右两端内孔

4T4螺纹刀M22外螺纹

5小24mm钻头钻孔

6顶尖

表2量具的选择

序号名称规格测量表面1游标卡尺0-150mm测量总长

2外径千分尺

25—50mm、

50mm-75mm

左右两端外圆

3螺纹环规M22检验螺纹

4内径千分尺25-50mm 伞35mm孔和 中50mm孔

切削加工的关键。粗加工时可选择较大的进给速 度戶0.3 ~ 0.5mm/r和背吃刀量ap=lm m;精加工时选 择较小的进给速度戶0.05 ~ •和背吃刀量a,= 0.2mm。该零件外圆和内孔加工精度较高，故应留 出精车余量，可取0.2 ~ 0.4mm，主轴转速可根据工 件被加工直径,刀具材料及加工性质来确定，可选 择较高的切削速度s=1000mm/min〇

1.5刀具参数选择

增大刀具前角7和后角a能减小切削时产生的 变形，减少后刀面与加工表面的摩擦，同时前角增 大使得刀具切削刃锋利，能有效提高零件表面质 量;但过大的刀具前角y和后角a使得刀尖强度降 低，加速刀具的磨损，所以必须合理选择刀具的几 何参数。针对该薄壁零件可采用硬质合金刀具，刀 具前角y取5° ~ 20°，为减小切削力,可选取较大的 主偏角,/f取93。

1.6走刀路线确定

为保证内外轮廓尺寸要求，综合考虑走刀路线 先加工内孔，再利用芯轴固定，加工外圆轮廓。

1.7加工工序确定

1) 三爪卡盘，夹持外圆，粗车左端面；

2) 粗、精车外圆轮廓小60_0.03mm,至尺寸；

3) 调头装夹定总长47:〖丨丨mm;

4) 钻 24mm通孔；

5) 夹持小60』.。3111111外圆粗车<^51.6_〖。3111111外圆留少许精加工余量；

6) 粗、精镗种0+°。°3mm至尺寸；

7) 粗僮工件左端抑丘"^025mm至伞28mm;

8) 在小28尺寸处车M30X1.5的内螺纹；

9) 装上芯轴，夹持芯轴加工工件右端外圆轮廓 至尺寸；

10) 两次装夹，取下芯轴，粗、精镗<|>35+°。°25mm 内孔至尺寸。

2夹具设计

从图1中可以看出，该零件的薄壁壁厚仅有

0.8mm。外圆轮廓粗加工结束后，精车时必须严格

控制径向压力对零件形状的影响。本零件的加工

采用图3、4中的夹具来实现零件的轴向定位。同

时可在零件小50+°。°3mm内轮廓留有一定量的间隙,

放置厚度为2mm的橡胶垫圈，利用零件回转时产

生的离心力，使橡胶垫圈紧贴在内壁，以增加壁厚、

提髙刚度、吸收切削振动。

图4芯轴7T C意图

3主要加工程序及注释

工序6参考程序见表30

Technology and Equipment 工艺与装备

表3零件主程序:J K1.MPF

段号程序内容程序注释

N10G54 T1Dl M3 S600 M8调1号粗镗孔刀，采用G54工 件坐标系，主轴正转，转速600r/min，冷却水开

N20G0X24Z2快速引刀至循环起点

N30

CYCLE95

(JK2,1, 0.2,0.1,0.1,11, 2)

调用CYCLE95循环，粗、精镗

零件内轮廓，用子程序JK2.

SPF规定轮廓形状

N40GO X200 Z200快速退刀至安全点

N50M05 M09主轴停止，冷却水关

N60M30程序结束

工序7参考程序见表4。

表4零件子程序:JK2.SPF

段号程序内容程序注释

N10GO X50 Z2引刀至零件右端内孔起点处N20G1Z-21轴向切至Z-21

N30X28径向切至X28

N40Z-47轴向切至Z-47

N50X24径向切出

N60M17子程序结束工序8参考程序见表5。

表5零件主程序:JK3.MPF

段号程序内容程序注释

N10G54T3D3 M3 S500M8调3号内螺纹刀，采用G54 工件坐标系，主轴正转，转 速500r/min，冷却水开

N20G0X28Z2快速引刀至循环起点

N30GYCLE97(1.5,0,-25,-51,

28.5,28.5,3,1.5,0.975，

0.05,0,0,8,2,4,1)

调用CYCLE97循环，车

M30X1.5内螺纹

N40G0 X200 Z200快顏刀至安全点

N50M05 M09主轴停止，麟水关

N60M30程序结束

工序9参考程序见表6和表7。

4思考与想法

根据上述薄壁零件的加工工艺分析和夹具设 计，笔者认为该零件左右两端孔若存在同轴度要 求，那么根据之前工序6、工序7、工序8、工序9可

表6零件主程序:JK4.MPF

段号程序内容程序注释

N10G54T2D1M3 S600M8

调2号外圆车刀，采用G54

工件坐标系，主轴正转，转

速600r/min，冷却水开

N20GO X52 Z2快速引刀至循环起点

N30

CYCLE95(JK5,2, 0.2,0.1,

0.1,9, 2)

调用CYCLE95循环，粗、精

车零件薄壁外轮廓，用子程

序JK5.SPF规定轮廓形状

N40GO X200 Z200快速退刀至安全点

N50M05 M09主轴停止，冷却水关

N60M30程序结束

表7零件子程序:JK5.SPF

段号程序内容程序注释

N10G0X51.6Z2 引刀至零件右端薄壁起点处

N20G1Z-21轴向切至Z-21

N30X62径向切出

N40M17子程序结束

知，最终需要将零件M30X1.5的内螺纹粗、精镗至 尺寸mm。在粗、精镗至尺寸35+r5mm之 前，首先需将芯轴取出，零件需两次装夹，卡盘若有 偏差很容易造成加工后零件出现形位误差,因此需 正确校正。上述工序的安排及夹具的设计,笔者认 为可能更合适于单件或小批量的生产，与此同时在 设计上，笔者又对上述夹具进行了简单修改和补 充，采用锥体方式与主轴锥孔配合(可根据机床主 轴锥孔合理选用夹具锥度）。用拉杆拉紧芯轴，然 后只要用百分表检查一下与主轴同心度稍加校正 即可。锥体配合定位准确，只需拆卸芯轴件2即可，可重复使用，能够保证设计和工艺要求,减少工 件装夹时间、提高加工效率和加工质量。经检测加 工出的零件同轴度在0.02 ~ 0.03mm左右,满足了 图纸要求，大大降低了不合格产品的数量,有利于 实现批量生产，修改后的芯轴如下图5、6、7所示。5结束语

通过以上典型薄壁零件的加工工艺分析和夹 具设计，可加工出符合图纸要求的合格零件，完全 满足加工需求，可运用于零件的单件生产或批量加 工。本文中给出的SINUMERIK802D数控系统编

120

9 25.5 20 28

图6芯轴件1示意图

意义。

参考文献：

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(收稿日期：2017.01.18)

(上接第26页）

[4] 张永瑞.电子测量技术基础[M

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].北京:人民邮电出版社,2007.

[6] 福建省轻安工程建设有限公司•汽车轿厢酒精和有毒气体报警器：201220320352.1[P

].2013_01.16.

(收稿日期：2017.02.10)

工艺与装备 Technology and Equipment

莫氏5号

其余未注倒角处C

0.5

C 2

C 1

C 2

其余未注倒角处C

0.5

紧固螺母

W ///A 靈

21.5

10

图7芯轴件2示意图

程，详细易懂，能够很快理解和掌握。综上所述，该 典型薄壁零件的加工方案对指导生产具有参考

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