渤海船舶职业技术学院毕业设计
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- II - 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。 渤海船舶职业技术学院毕业设计 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。 渤海船舶职业技术学院毕业设计 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，容易产生渤海船舶职业技术学院毕业设计 - 2 - 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渤海船舶职业技术学院毕业设计 - 3 - 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。 渤海船舶职业技术学院毕业设计 - 4 - 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渤海船舶职业技术学院毕业设计 - 5 - 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 渤海船舶职业技术学院毕业设计
- 6 - 12工程师批 准审 核制 图材料:比 例
图号:版本:SHTOF
除指定外所有尺寸都以公制公差如下DECIMAL.X ±0.1去除毛刺及利角.XX ±0.01.XXX ±0.005ANGLES±0°-1°
11 卡 盘工厂名称
2:1变更标记
变更内容
日 期签 名
未注倒角：
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- 7 - 图2.1
未注倒角均为
签 名日 期
变更内容1变更标记2工程师批 准审 核制 图材料:比 例
图号:版本:SHTOF
除指定外所有尺寸都以公制公差如下DECIMAL.X ±0.1去除毛刺及利角.XX ±0.01.XXX ±0.005ANGLES±0°-1°
11 夹 爪工厂名称
2:1