浅析如何应对薄壁类零件加工过程中出现的变形
摘要：针对影响加工薄壁零件精度不高等因素，分析了如何提高薄壁零件的加工精度，给出解决问题的具体方法。
关键词：薄壁零件 加工 精度
1 前言
薄壁零件已日益广泛地应用在各工业部门，因为它具有重量轻，节约材料，结构紧凑等特点。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好的依据及借鉴。
2 影响薄壁零件加工精度的因素
（1）易受力变形：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；
（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；
（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。
3 如何提高薄壁零件的加工精度
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。
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。
目前广州数控系统GSK980T螺纹编程指令有G32、G92、G76。G32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，因此在切削时，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。但由于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G92、G76混用进行编程，即先用G76进行螺纹粗加工，再用G92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。
G92直进式加工
G76斜进式加工
3.2 优化夹具设计
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。
对夹具结构说明：
(1) 件1为夹具主体，材料为45号钢，左端被夹持直径为80mm，可用来夹持工件的内孔直径范围为20－30mm；
(2) 件2为拉杆，材料为45号钢，直径为21毫米，刚好与薄片工件上的Φ21孔对应配合，使工件在夹具中定位及传递切削力；
(3) 件3为已加工完左端面和内孔的工件，装夹的时候注意工件与夹具体1的轴向夹紧配合。
(4) 小沟槽的作用：在工件调头装夹后，为方便控制总长而设计，尺寸为5*2mm。
3.3 合理选择刀具
(1) 内镗孔刀采用机夹刀，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90°车刀；
(3) 螺纹刀选用机夹刀，刀尖角度标准，磨损时易于更换。
3.4 分析工艺过程
3.4.1加工步骤
(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35mm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。
3.4.2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F30~F45，采用一次走刀加工完成。
3.5 科学编制程序 （数控系统采用GSK980T）
程序内容
程序说明
%1234
G00 X200 Z50
定位至起刀点
S1 M3
启动主轴，转速560转/分
T0101
调用1#镗孔刀
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
回至起刀点，主轴停止
M0
程序停止
M3 S1
主轴启动，转速560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 S2
调用2#外圆精车刀，启动主轴，转速为1120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 S1
主轴启动，转速1120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 S2
主轴启动，转速1120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
G0 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
3.6 加工时的几点注意事项
(1) 工件要夹紧，以防在车削时打滑飞出伤人和扎刀；
(2) 在车削时使用适当的冷却液（如煤油），能减少受热变形，使加工表面更好地达到要求；
(3) 安全文明生产。
4结束语
通过实际加工生产，以上措施很好地解决了加工精度不高等问题，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。
薄壁筒类零件的加工方法
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
因工件壁薄刚性很差，车削是装夹不当在夹紧力的作用下容易产生变形，从而因为切削力及重力影响使工件发生弯曲变形从而影响工件的尺寸精度和形状精度。
(2)受热变形
因工件较薄散热性能较差，在切削热的作用下会引起工件热变形或膨胀，使工件尺寸难于控制。
(3)刀具磨损
由于薄壁工件较长一次走刀时间很长因此在切削过程中受振使刀具磨损较大从而影响工件的尺寸精度。
（4）跟刀架及中心架的使用
车超薄壁件时由于使用跟刀架，若支承工件的两个支承块对零件压力不适当，会影响加工精度。若压力过小或不接触，就不起作用，不能提高零件的刚度：若压力过大，零件被压向车刀，切削深度增加，车出的直径就小，当跟刀架继续移动后，支承块支承在小直径外圆处，支承块与工件脱离，切削力使工件向外让开，切削深度减小，车出的直径变大，以后跟刀架又跟到大直径圆上，又把工件压向车刀，使车出的直径变小，这样连续有规律的变化，就会把细长的工件车成“竹节”形。造成机床、工件、刀具工艺系统的刚性不良给切削加工带来困难，不易获得良好的表面粗糙度和几何精度。
（5）同轴度难保证
工件内孔由深孔完成后，再精车外圆，深孔加工中难免有椭圆、锥度以及跳动等因素，影响外圆同轴度和跳动。
随着零件壁厚的减小，其刚性降低，加工变形增大。因此，在切削过程中，尽可能地利用零件的未加工部分，作为正在切削部分的支撑，使切削过程处在刚性较佳的状态。如：腔内有腹板的腔体类零件，加工时，铣刀从毛坯中间位置以螺旋线方式下刀以减少垂直分力对腹板的压力，在深度方向铣到尺寸，再从中间向四周扩展至侧壁。内腔深度较大时，按如上方法分多层加工。该方法能有效地降低切削变形及其影响，降低了由于刚性降低而可能发生的切削振动。
2、采用辅助支撑
对于薄壁结构的腔类零件加工，关键问题就是要解决由于装夹力引起的变形。为此，可通过在腔内加膜胎（橡胶膜胎或硬膜胎），以提高零件的刚性，抑制零件的加工变形；或采用石蜡、低熔点合金填充法等工艺方法，加强支撑．进而达到减小变形、提高精度的目的。
3、设计工艺加强筋，提高刚性对于薄壁零件，增加工艺筋条，以加强刚性，是工艺设计常用的手段之一。
4、对称分层铣削，让应力均匀释放
毛坯初始残余应力对称释放，可以有效减小零件的加工变形。对厚度两面需进行加工的板类零件，采用上下两面去除余量均等的原则，进行轮流加工，即在上平面去除δ余量，然
后翻面，将另一面也去除δ余量。加工时采用余量依次递减的原则，轮流的次数越多，其应力释放越彻底，工件加工后变形越小。
5、刀具下刀方式的优化
刀具下刀方式对零件的加工变形有直接的影响。如垂直进刀方式，对腹板有向下的压力，会引起腹板的弯曲变形；而水平进刀方式，对侧壁有挤压作用，在刀具刚性不足时造成让
刀，从而影响加工精度。
6、采用数控高速加工
随着数控机床的普及应用，许多控制薄壁零件变形的措施得以用程序固化，避免了因操作者的不同而出现质量差异的情况。对精度较高的薄壁零件，可以采用数控高速加工的方式控制变形。高速加工采用“小切深，快走刀”的方式，使刀具在高速旋转时，与工件接触的瞬间，工件产生软化状态，切屑成碎屑状，切削力迅速下降，加工变得很轻快；同时切削热在第一时间被迅速带走，使工件表面基本保持在室温状态，从而排除了因加工而导致的零件变形。
7、热处理去应力
薄壁结构的零件在加工过程中，因应力释放极易变形，工艺方法常采用粗、精加工分开进行，并在粗加工后进行去应力处理，即采用粗加工—去应力热处理—精加工的流程。对于变形严重的高精度零件，还要安排半精加工，并进行多次去应力处理。另外，振动消除应力、深冷处理去应力等措施，效果较好，但其应用范围需进一步推广。
8、合理选择工件定位装夹方法
为控制加工变形，除进行工艺方法的优化外，还需要合理选择工件装夹方法，减小夹紧力对变形的影响。
摘要：本文通过在实际生产过程中，经常会遇到加工各种不同类型的薄壁零件，在加工过程容易变形，对其内在外在引起变形的根源进行分析，经过实践如何在加工薄壁类零件时防止其变形，从而达到零件图纸要求，达到各项技术指标和稳定性要求的处理方法。关键词：零件变形原因 加工工艺要求 解决方法薄壁零件在各种机械设备中广泛地应用，因为它具有重量轻，成本低，结构紧凑等特点。
答：1、利用零件的整体刚性加工薄壁零件 随着零件壁厚的减小，其刚性降低，加工变形增大。因此，在切削过程中，尽可能地利用零件的未加工部分，作为正在切削部分的支撑，使切削过程处在刚性较佳的状态。如：腔内有腹板的腔体类零件，加工时，铣刀从毛坯中间位置以螺旋线方式下刀以减少垂直分力对腹板的压力，在...
答：其次，优化夹具设计是关键。为解决薄壁工件的弯曲变形问题，设计了一种专用夹具，确保了加工过程中的稳定性和精度。再者，合理选择刀具同样重要。内镗孔刀、外圆车刀和螺纹刀具的选择，均旨在减少振动变形，确保加工质量。加工步骤的选定、切削用量的合理配置，以及编制针对性的加工程序，都是提高加工精度的重...
答：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，我们设计出了一套适合上面零件的加工的专用夹具，如图5所示。图5 专用夹具 其中，件1为夹具主体，材料为45号钢，左端被夹持直径为80mm，可用来夹持工件的内孔直径范围...
答：1.合理选材：选择合适的材料，尽量减少内应力的产生，降低工件变形的风险。2.优化工艺：优化车削工艺，控制切削力和切削温度，减少工件的变形。3.采用支承装置：在车削薄壁零件时，采用支承装置可以有效地防止工件的变形。4.采用专用夹具：为了防止工件在车削过程中发生变形，可以采用专用夹具，稳定工件位置，...
答：2、保持刀具锋利；3、刀具角度选取：系统刚性较差时，在刀具 强度 允许的条件下，应适当减小 后角 、取较大 主偏角 、不宜采用负 刃倾角 、选用大前角、不宜选用过大的负刃倾角以防止系统产生振动；4、合理选择切削参数；5、合理装夹（如采用心轴轴向夹紧）6、充分冷却，多次加工（待工件冷却后再...
答：1、减小刀具伸出长度；2、保持刀具锋利；3、刀具角度选取：系统刚性较差时，在刀具强度允许的条件下，应适当减小后角、取较大主偏角、不宜采用负刃倾角、选用大前角、不宜选用过大的负刃倾角以防止系统产生振动；4、合理选择切削参数；5、合理装夹（如采用心轴轴向夹紧）6、充分冷却，多次加工（待工件...
答：薄壁筒类零件的加工方法 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 因工件壁薄刚性很差，车削...
答：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。当采用如图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，而内孔则如图2所示变成弧形三角形。若用...
答：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;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。薄壁零件的加工工艺 薄壁零件加工精度的容易受到多方面因素的影响，归纳起来主要有以下三...
答：一般的，对于薄壁套筒类的零件，加工后，冷却，孔、外圆应该变小；对于薄壁壳类零件，加工后，冷却，孔应该变大。依你所说，是加工薄壁壳类零件吧？！如果是的话，有以下可以应用的措施。1.夹紧位置尽量靠近加工位置，不要夹在大外圆上。2.冷却液流量要充足。3.减小切削用量。等。
