薄壁异形腔体类产品加工工艺研究

摘  要 ： 针对薄壁异形内腔类产品粗加工的现状，为了进一步节约成本，提高生产效率，特进行仔细分析，进行新的加工方法研究。

关键词 ： 异形腔体 薄壁 变形 分割法

对于一般薄壁异形类工件，以往工艺的实施过程，从来料方式、加工设备、加工工艺在不同程度上都影响了生产效率。分析如下：

1.原材料定额一般为实心棒料;

2.加工设备局限于加工中心，耗时较长;

3.加工工艺受来料方式限制，工序过程较复杂。

一般薄壁异形类工件，前期在加工中心上加工时，基准不易找、效率底、耗时长，而且需要多次更换加工设备，生产周期较长。为了提高生产效率，优化生产结构，改变以往此类工件的加工生产模式，让普通机床上也能够完成此类产品的粗加工工作，这样就必须革新工艺，优化工艺方案。

一、对于异形薄壁工件而言，存在难点如下：

1.要求仔细找正，充分考虑各个面的余量，要保证各个方向上加工稳定，又要保证壁厚度均匀。

2.该类产品加工时极易受夹紧力、切削力、切削热等因素的影响产生变形，使得几何尺寸精度、形位精度均难以保证。

3.对于异形件，随Z值的递减X值不是呈递增或递减趋势，加工路线较复杂。

4.由于形状结构较为为复杂，无法一次加工成型，普通刀具由于悬空太长，会导致加工尺寸精度无法保证。

二、针对以上加工难点，我们逐一分析，制定相应方案来解决各个问题，具体措施如下：

1.设计专用卡爪，改善工况条件

如果用普通卡爪装夹工件，那么工件悬伸过长，加工时会产生振动，影响表面加工质量，为此我们设计了专用加长扇形卡爪，增大接触面积，用专用卡爪装夹工件，这样以来，工件悬长缩短，加工时工况良好，很好的避免了刀振现象[]。

2.解决夹紧力引起的变形问题

考虑到用三爪卡盘夹紧工件时，工件受力主要分布在夹盘来紧的三个部位，这样很容易造成工件变形，因此我们将集中夹紧改为分布夹紧，从而分散夹紧力[]，避免因夹紧力集中而引起的局部变形过大。此外，还要调节液压卡盘夹紧力的大小，采用尽可能小的装夹力，但是要保证工件装夹的稳定性。对此采用了专门配套的外夹套和内支撑盘，用于改变夹紧力的分布。用液压卡盘装夹时，采用外套内撑形式，使得夹紧力不直接作用在工件表面，这样既可避免破坏已加工面的光洁度，又使得夹紧力均布分散，有效减少了夹紧力对工件变形的影响，能够保证最终的尺寸精度要求。

3.确定加工方案

对于较复杂的几何形状，运用分割法，将复杂几何形状分割为简单几何形状后再进行加工，此种加工方法还可以避免因一次去除余量过大而使材料应力释放不均匀而造成尺寸超差问题。具体方法为将本来较复杂的几何结构，分割成几个常见的简单几何形状，这样虽然在一定程度上加大了数控人员编程的难度和尺寸测量难度，但是能够很好的完成加工工作。

分割形状如左图：

将切削部位分割成A/B/C三部分后，对于A部分，我们用数控常用的G75模式加工方法，即可进行有效的切削，同时将腔体内很大一部分余量切除；对于B部分，可利用数控最简单的C01/G00模式进行车削即可；而C部分无疑是比较难加工的地方，受其形状的影响，我们考虑只能用G71的第二种模式进行加工，这样复杂形状腔体的粗车就能很好的完成加工。对于分割法的运用，最主要的是合理、准确的计算出各个节点的坐标值，这样才能避免因为节点不合理造成的过切或者刀具切削量的不均匀等问题。根据不同的内型结构，可分割成若干种加工方案，根据数控车床加工能力，比较各个方案的优缺点，确定出最佳加工路线。

4.加强刀具刚性，减小震颤问题

在加工异形内孔时，往往由于工件单薄，而且刀具悬伸太长，容易发生震刀现象。解决途径可分为两部分，第一点：在加工外部时，给工件内部充满软性材料，以此来抵消空腔震动现象；在加工内部时，给工件外部缠绕弹性材料，来束缚产品共振问题。第二点：加强刀具刚性，做合理的加强刀座，增加刀具刚性。

通过不断进行试切削，改进装夹方式，合理规划加工路线，设计工装、刀具等一系列工作，能够使该类产品在加工中遇到的问题很好解决。

参考文献：

1.张超英.数控车工：高级/中国就业培训技术指导中心组织编写.--北京：中国劳动社会保障出版社，2011

2.许 秦 .数控车工：高级/人力资源社会保障部教材办公室组织编写.--北京：中国劳动社会保障出版社：中国人事出版社，2020

3.李体仁、孙建功、郑民.《FANUC数控手工编程及实例讲解》.化学工业出版社，2016

作者简介：

（1）张兴文，男，1987.04出生，山西平阳重工机械有限责任公司数控车工高级技师。

（2）宋鹏，男，1989.07出生，山西平阳重工机械有限责任公司车工技师。

（3）肖顺峰，男，1977.02出生，山西平阳重工机械有限责任公司车工高级技师。

（4）陶祥玉，男，1980.03出生，山西平阳重工机械有限责任公司高级工程师。