数控车加工薄壁零件工艺分析与编程方案

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1、数控车加工薄壁零件工艺分析与编程方案 茂名市交通技工学校 朱宇钊 【摘要】：在数控车加工过程中，经常碰到一些薄壁零件的加工。本文详细分析了薄壁零件加工的特点、防止变形的工艺方法、车刀几何角度及切削参数的选择，结合在教学实践中的实例设计出加工方案。 【关键词】：薄壁零件工艺分析编程方案 1 引言 薄壁零件是常见与用途广泛的零件且铜和铝材质的零件较为常见，特别是压力和管路的连接零件。但薄壁零件的加工是车削中比较棘手的问题，原因是薄壁零件刚性差，强度弱，在加工中极容易变形，使零件的形位误差增大，不易保证零件的加工质量。对于批量大的生产，我们可利用数控车床高加工精度及高生产效率的特点，并

2、充分地考虑工艺问题对零件加工质量的影响，为此对工件的装夹、刀具几何参数、程序的编制等方面进行试验，有效地克服薄壁零件加工过程中出现的变形，保证了加工精度,为今后更好的加工薄壁零件提供了解决问题的具体办法。 2 影响薄壁零件加工精度的因素 （1）因工件壁薄，在夹压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。当采用（图1）所示三爪卡盘夹紧工件加工内孔时，在夹紧力的作用下，会略微变成三角形，但车孔后得到的是一个圆柱孔。当松开卡爪，取下工件后，由于弹性恢复，外圆恢复成圆柱形，而内孔则变成弧形三角形。若用内径千分尺测量时，各个方向直径D相等，但已变形不是内圆柱面了，这种现象称之为等直径

3、变形。 （2）易受热变形：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。对于线膨胀系数较大的金属薄壁工件，如在一次安装中连续完成半精车和精车，由切削热引起工件的热变形，会对其尺寸精度产生极大影响，有时甚至会使工件卡死在夹具上。 （3）易振动变形：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。 （图1） 3 提高薄壁零件加工精度的工艺分析 （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，为了提高产品的合格率，我们从工

4、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。 图　2 3.1 分析工件特点 从零件图样要求及材料来看，加工此零件的难度主要有两点： (1)主要因为是薄壁零件，螺纹部分厚度仅有4mm，材料为45号钢，批量较大，既要考虑如何保证工件在加工时的定位精度，又要考虑装夹方便、可靠，而我们通常都是用三爪卡盘夹持外圆或撑内孔的装夹方法来加工，但此零件较薄，车削受力点与加紧力作用点相对较远，还需车削M24螺纹，受力很大，刚性不足，容易引起晃动，因此要充分考虑如何装夹定位的问题。 (2) 螺纹加工部分厚度只有4mm，而且精度要求较高。

5、广州数控系统GSK980TD螺纹编程指令有G32、G92、G76。采用G92、G76混用进行编程，即先用G76（图4）进行螺纹粗加工，再用G92（图3）进精加工，在薄壁螺纹加工中，将有两大优点：一方面可以避免因切削量大而产生薄壁变形，另一方面能够保证螺纹加工工的精度。 （图3）　G92直进式加工 （图4）　G76斜进式加工　　　 3.2 夹具设计 由于工件较薄，刚性较差，如果采用常规方法装夹工件及切削加工，将会受到轴向切削力和热变形的影响，工件会出现弯曲变形，很难达到技术要求。因此，需要设计出一套适合上面零件的专用夹具，如图

6、5所示。 （图5） 3.3 合理选择刀具 具体的刀具角度如下： （1）外圆精车刀（采用机夹刀）Kr=90～93，Kr’=15α0=14～16，α0’=15，γ0适当增大，刀具材料为YW1硬质合金。 （2）内孔精车刀（采用机夹刀）Kr=60，Kr’=30，γ0=35α0=14～16，α0’=6～8，λs=5～6，刀具材料为YW1硬质合金。 3.4 工艺过程 (1) 装夹毛坯15mm长，平端面至加工要求； (2) 用Φ18钻头钻通孔，粗、精加工Φ21通孔； (3) 粗、精加工Φ48外圆，加工长度大于3mm至尺寸要求； (4) 调头，利用夹具如图2所示装夹，控制总长尺寸35

7、mm平端面； (5) 加工螺纹外圆尺寸至Φ23.805； (6) 利用G76、G92混合编程进行螺纹加工； (7) 拆卸工件，完成加工。 3.5切削用量 (1) 内孔粗车时，主轴转速每分钟500-600转，进给速度F100-F150，留精车余量0.2-0.3mm。 (2) 内孔精车时，主轴转速每分钟1100-1200转，为取得较好的表面粗糙度选用较低的进给速度F30-F45，采用一次走刀加工完成。 (3) 外圆粗车时，主轴转速每分钟1100-1200转，进给速度F100-F150，留精车余量0.3-0.5mm。 (4) 外圆精车时，主轴转速每分钟1100-1200转，进给速度F

8、30-F45，采用一次走刀加工完成。 4 编程方案 (数控系统采用GSK980TD） 程序内容 程序说明 O1234 命名O G00 X200 Z50 定位至起刀点 M3 S550 启动主轴，转速550转/分 T0101 调用1#内孔刀 G00 X16 Z5 定位至（16,5） G71 U0.8 R0.3 G71外圆车削循环， 对内孔Φ21进行粗加工 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、 回至起刀点，主轴停止 M0 程序停止 M3 S550 主轴启动，转速550转/分 G0 X16 Z5 定位至（16,5） G70 P1 Q2 G70 精车循环N1～N2 G0 X200 Z50 定位至起点 T0202 M3 S1150 调用2#外圆精车刀，启动主轴，转速为1150转/分 G00 X52 Z5 定位至（52,5） G90 X50 Z-6 F100 G90外圆切削循环 X48 车至Φ48 G0 X100 Z100 M5 回至起刀点，主轴停止 M0 程序停止，零件调头并装夹 T0202 调用2#外圆精车刀 M3 S1150 主轴启

10、动，转速1150转/分 G00 X50 Z2 定位至（50,2） G71 U2 R0.5 G71 外圆车削循环，对螺纹外圆进行粗加工 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 回到起刀点，主轴停止 M0 程序停止 M3 S1150 主轴启动，转速1150转/分 G00 X50 Z2 定位至（50,2） G70 P3 Q4 精车N3～N4内容 G0 X100 Z100 回换刀点（100,100） T0404 调用4#螺纹刀 G

11、0 X25 Z5 定位至（25,5） G76 P010160 Q300 R0.1 G76螺纹车削循环车削M24*1.5螺纹部分 G76 X22.25 Z-28 P975 Q100 F1.5 G0 X25 Z5 定位至G76同一螺纹加工起点 G92 X22.15 Z-28 F1.5 G92精修螺纹 X22.05 X22.05 G0 X100 Z100 M5 返回起点、停主轴 M30 程序结束 5结束语 本文阐述了薄壁工件的加工特点，减少和防止加工变形的方法，加工难点分析以及数控车削薄壁件参数的选择，确定了薄壁零件加工方案。经生产实践证明，该加工方案切实可行，能保证薄壁零件的尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度和装配质量都满足图纸要求，减少了装夹校正的时间，减轻了操作者的劳动强度，经济效益十分明显。可为类似零件和产品的机械加工提供一定的借鉴。 ： [1]GSK980TD系统说明书.编程手册.广州：广州数控设备厂.2004.6.. [2]职业技能鉴定教材编审委员会.车工.北京：劳动社会保障出版社.2004.7. [3]刘立.数控车床编程与操作.北京：北京理工大学出版社.2006.8. [4]穆国岩.数控加工编程与操作.北京：机械出版社.2008.8.转 [5]郑文纬 吴克坚.机械原理.北京：高等教育出版社2003.5.