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数控车床中薄壁零件加工精度的提高与夹具的设计摘要在数控车床上加工,高效快速,减轻了劳动强度,减少了工厂成本,提高了生产效益本文对经济型数控车床批量生产加工薄壁零件存在的编程方法及调头车削装夹的技术问题,就自己在实际加工中相对零件的精度要求,针对薄壁零件的装夹,加工方法及程序处理等方面作一叙述关键词数控车床薄壁零件加工精度夹具设计
一、引言因为具有重量轻、节约材料、结构紧凑等特点,薄壁零件已日益广泛地应用在各工业部门但薄壁零件的加工是比较棘手的,原因是薄壁零件刚性差、强度弱,在加工中极容易变形,不易保证零件的加工质量如何提高薄壁零件的加工精度将是业界越来越关心的话题如图2所示,是一个带螺纹的薄壁零件,最大外径为
①48mln,内径是
①20mm,厚度2mm
二、难度分析及工艺特点分析
1、难度分析从图2及材料材质、尺寸分析,毛环为中50mmX37mm的实心钢,材质为45#中碳钢,加工成厚度为2mm的薄壁零件,介于薄壁零件的加工问题,一直是较难解决的薄壁件如采用数控车削的方式进行加工,必须要对工件的装夹、刀具儿何参数、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,但归纳总结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图1夹紧力的影响既然影响薄壁件加工精度因素找到了,那么我们将如何提高薄壁零件的加工精度呢?我将通过具体实例来介绍如何提高薄壁件加工精度和效率的措施根据我校情况,采用数控车床批量加工这批零件,设备是配备了广州数控系统GSK980TD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,保证了产品的质量材料45钢050X38ara图2零件图
2、工艺特点分析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因为是薄壁零件,螺纹部分厚度仅有2nm1,材料为45号钢,而且批量较大,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、可靠通常的车削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,而且还需车削M24X
1.5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2nim,而且精度要求较高目前广州数控系统GSK980TD螺纹编程指令有G
32、G
92、G76G32是简单螺纹切削,显然不适合G92螺纹切削循环采用直进式进刀方式,如图3所示,刀具两侧刃同时切削工件,切削力较大,而且排削困难,在切削时两切削刃容易磨损,在切削螺距较大的螺纹时,由于切削深度较大,刀刃磨损较快,从而造成螺纹中径产生误差,但由其加工的牙形精度较高G76螺纹切削循环采用斜进式进刀方式,如图4所示,单侧刀刃切削工件,刀刃容易损伤和磨损,但加工的螺纹面不直,刀尖角发生变化,而造成牙形精度较差从以上对比可以看出,只简单利用一个指令进行车削螺纹是不够完善的,采用G
92、G76混用进行编程,即先用G76进行螺纹粗加工,再用G92进行精加工的方式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的薄壁变形;另一方面能够保证螺纹加T的精度刀尖刀尖图4G76斜进式加工
三、夹具设计由于工件壁薄,刚性较差,如果采用常规方法装夹,工件将会受到轴向切削力和热变形的影响出现弯曲变形,很难达到技术要求为解决此问题,我设计出了一套适合上面零件加工的专用夹具图5所图5专用夹具对专用夹具图结构分析说明件1为夹具主体,材料为45号钢,左端被夹持直径为60mm,右端为020mm的4逢钢管,它刚好与薄片工件.上的020孔对应配合,使工件在夹具中定位及传递切削力;件2为薄壁零件;件4为锥形块,与夹具体紧密配合,从而使薄壁零件充分套紧在夹具体上,件5为螺栓,件6为弹簧垫圈,件7为拉杆三者的目的是使加工完的左端面与内孔紧密地配合在夹具体上小沟槽是在工件调头装夹后,为方便控制总长度而设计的,尺寸为5mmX2mmo
四、实际操作
1、加工步骤1装夹毛坯15nlm长,平端面至加工要求;2用“18钻头钻通孔,粗、精加工620通孔;3粗、精加工巾48外圆,加工长度大于3nmi至尺寸要求;4调头,利用夹具如图5所示装夹,控制总长尺寸35mm平端面;5加工螺纹外圆尺寸至
423.805;6利用G
76、G92混合编程进行螺纹加工;7拆卸工件,完成加工
2、刀具的合理选择1内锋孔刀采用机夹刀,缩短换刀时间,无需刃磨刀具,具有较好的刚性,能减少振动变形和防止产生振纹;2外圆粗、精车均选用硬质合金900车刀;3螺纹刀选用机夹刀,标准刀尖角度,以便磨损时易于更换
3、切削用量选择1内孔粗车时.,主轴转速为500-600r/min,进给速度F50〜F60,留精车余量
0.2-
0.3mm;2内孔精车时,主轴转速为800〜900r/min,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,主轴转速为800〜900r/min,进给速度F100〜F150,留精车余量
0.3〜
0.5mm;4外圆精车时,主轴转速为1100〜1200r/min,进给速度F30〜F45,采用一次走刀加工完成
4、根据以上的分析,针对加工中出现的实际问题和数控系统GSK980TD,编制加工程序,如下表所示程序内容程序说明程序内容程序说明N0001G71P5Q6U
0.2W
0.02F100G71对中24外GOX100Z100定位至起刀点N5G0X20圆进行粗.精M03S600T0202启动主轴G01Z0加工M08开启切削液X23GOX52Z2定位点X
23.8Z-
0.5G71U
1.5R
0.5G71对外圆
①Z-32G71P1Q2U
0.2W0F12048进行粗精加X47N1G0X0工N6X47Z-
32.3G01Z0F40G0X100Z100X47M03S1200T0101X48Z-
0.5G0X51Z2N2Z-4G70P5Q6G0X100Z100M05调头并装夹G0X100Z100S500T0303M03T0404S400GOX17Z1G0X25Z2G71U
0.4R
0.4对内孑G76P010060Q300R
0.05G76螺纹车削循L
①20mm G71P3Q4U-
0.2W
0.02F50G76X
22.5Z-28P600Q100F
1.5环对M24车进行加工N3G0X21G0X25Z2削G01Z0F8G92X
22.15Z-28F
1.5G92精修螺纹G01X20Z-
0.5X
22.05N4Z-
35.5X
22.05G0X100Z100G0X100Z100M05回起点主轴停S800T0404T0100M09清刀补G0X17Z1M30程序结束G70P3Q4内孔精加工G0X100Z100M03S800T0202G0X51Z2G71U
1.5R
0.
55、加工时的注意事项
(1)工件要夹紧,以防在车削时打滑飞出伤人和扎刀;
(2)当调头加工时,必须把零件已加工好的一端充分与卡盘接触,否则加工出的零件,达不到图纸要求;
(3)程序编制时要考虑零件接刀处的过渡连接;
(4)在车削时要充分地加注乳化液进行冷却,才能减少受热变形,使加工表面更好的达到要求,并延长刀具的使用寿命,节约生产成本;
(5)遵守安全文明生产
五、结束语通过实际加工生产,证明加工生产工艺流程、解决了加工精度等问题,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,只是针对该零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。