1、大連市技師學(xué)院車(chē) 工 技 師 畢 業(yè) 論 文 題目： 薄壁套零件的加工設(shè)計(jì) 專(zhuān)業(yè)/班級(jí)： 學(xué) 號(hào): 學(xué)生姓名: 指導(dǎo)教師: 2012年 3月 4 日中文摘要薄壁套類(lèi)零件是用來(lái)支承旋轉(zhuǎn)軸及軸上零件或用來(lái)導(dǎo)向的,該類(lèi)零件的主要表面是內(nèi)孔和外圓,其主要技術(shù)要求是內(nèi)孔及外圓的尺寸以及圓度要求;內(nèi)外圓之間的同軸度要求;孔軸線與端面的垂直度要求。 薄壁套類(lèi)零件壁厚很薄,徑向剛度很弱,在加工過(guò)程中受切削力、切削熱及夾緊力等因素的影響,極易變形,導(dǎo)致以上各項(xiàng)技術(shù)要求難以保證。針對(duì)這些問(wèn)題,本文對(duì)薄壁套類(lèi)零件加工過(guò)程中裝夾方法、切削用量、刀具幾何角度等做了初步的探討。關(guān)鍵詞：薄壁套 零件 切削力 刀具目 錄第1

2、章緒論11 概述 套類(lèi)零件是用來(lái)支承旋轉(zhuǎn)軸及軸上零件或用來(lái)導(dǎo)向的,該類(lèi)零件的主要表面是內(nèi)孔和外圓,其主要技術(shù)要求是內(nèi)孔及外圓的尺寸以及圓度要求;內(nèi)外圓之間的同軸度要求;孔軸線與端面的垂直度要求。 薄壁套類(lèi)零件壁厚很薄,徑向剛度很弱,在加工過(guò)程中受切削力、切削熱及夾緊力等因素的影響,極易變形,導(dǎo)致以上各項(xiàng)技術(shù)要求難以保證。針對(duì)這些問(wèn)題,本文對(duì)薄壁套類(lèi)零件加工過(guò)程中裝夾方法、切削用量、刀具幾何角度等做了初步的探討。第2章設(shè)計(jì)內(nèi)容及任務(wù)要求21 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 本次設(shè)計(jì)主要是針對(duì)薄壁零件的難加工問(wèn)題進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而設(shè)計(jì)出符合要求和合理的加工方法。套類(lèi)零件是用來(lái)支承旋轉(zhuǎn)軸及軸上零件或用來(lái)導(dǎo)向的,該類(lèi)零件

3、的主要表面是內(nèi)孔和外圓,其主要技術(shù)要求是內(nèi)孔及外圓的尺寸以及圓度要求;內(nèi)外圓之間的同軸度要求;孔軸線與端面的垂直度要求。 薄壁套類(lèi)零件壁厚很薄,徑向剛度很弱,在加工過(guò)程中受切削力、切削熱及夾緊力等因素的影響,極易變形,導(dǎo)致以上各項(xiàng)技術(shù)要求難以保證。力求設(shè)計(jì)出加工簡(jiǎn)單，成本低，操作簡(jiǎn)單的加工方法。22 加工方法的設(shè)計(jì)流程 a明確薄壁加工方法設(shè)計(jì)要求b工況分析(刀具角度、切削用量)c確定主要參數(shù)d編制設(shè)計(jì)圖e選擇和設(shè)計(jì)合理刀具f編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第3章 薄壁套的加工特點(diǎn)3.1薄壁套的加工特點(diǎn)3.1.1 難加工的原因薄壁套是薄壁類(lèi)零件中比較典型的零件，它的內(nèi).外直徑差非常小.由于夾緊力.切削力.切削熱.

4、內(nèi)應(yīng)力等諸多因素的影響，加工難度比較大。1.薄壁套承受不了較大的徑向夾緊力.用通用夾具安裝比較困難。2.薄壁套的剛性差.在夾緊力的作用下極易產(chǎn)生變形.常態(tài)下工件的彈性復(fù)原能力會(huì)影響工件的尺寸精度和形狀精度。3.工件徑向尺寸受切削熱的影響大.熱膨脹變形的規(guī)律難以掌握.因而工件尺寸精度不易控制。4.由于切削力（特別是背向力）的影響.容易產(chǎn)生變形和振動(dòng).工件的精度和表面粗糙度不易保證.5.由于薄壁套剛性差.不能采用較大的切削用量.因而產(chǎn)生效率低。6.對(duì)精密的薄壁套.測(cè)量時(shí).工件承受不了.千分尺等的測(cè)量壓力.可能出現(xiàn)較大的測(cè)量誤差.甚至由于測(cè)量不當(dāng)造成廢品。3.1.2薄壁套的車(chē)削與檢測(cè)3.1.2.1減

5、少薄壁套變形的措施 （1）合理確定夾緊力的大小.方向和作用點(diǎn)1）粗.精車(chē)采用不同的夾緊力。粗車(chē)時(shí)夾緊力大些.以使工件夾得牢固；精車(chē)時(shí)夾緊力小些.以減少工件的夾緊變形。2）正確選擇夾緊力的作用點(diǎn).使夾緊力作用于夾具支承點(diǎn)的對(duì)應(yīng)部位或剛性較好的部位.并盡可能靠近工件的加工表面。3）改變夾緊力的作用方向.變徑向夾緊為軸向夾緊.因?yàn)楸”谔纵S向承載能力比徑向大。盡可能使夾緊力與切削力的方向一致.這樣可以減小夾緊力。4）增大夾緊力的作用面積.將工件小面積上的局部受力變?yōu)榇竺娣e上的均勻受力.可大大減少工件的夾緊變形。3.1.2.2 使用輔助支承 使用輔助支承 使用輔助支承可提供工件的安裝剛性.減小工件的夾緊

6、變形。3.1.2.3 增加工藝筋有些薄壁套可在裝夾部位鑄出工藝加強(qiáng)筋.以減少夾緊變形。3.1.2.4 工件在一次安裝工完成對(duì)于胚料厚度的薄壁工件.下料時(shí)可增加工藝長(zhǎng)度.使工件在一次安裝中完成.然后將工件切下。車(chē)削時(shí).不可將工藝加長(zhǎng)部分的內(nèi)孔余量車(chē)去.以保持夾持部分的剛度。由于卡爪夾持部分較厚.且工件安裝次數(shù)少.所以減少了工件的夾緊變形.而且加工后工件位置精度較高。3.1.2.5 盡量減少切削力和切削熱減少切削力（特別是背向力）和切削熱.能有效減少薄壁套的變形。3.2車(chē)刀幾何參數(shù)3.21合理選擇車(chē)刀幾何參數(shù)：1.根據(jù)工件材料適當(dāng)增大前角.可使車(chē)刀鋒利.排屑順利.減少切削與前刀面之間的摩擦.減少切

7、削力和切削熱。2.增大刃傾角可使車(chē)刀的實(shí)際前角增大.刃口圓弧減小.提高工具的鋒利程度.從而減少切削力和切削熱。3.根據(jù)薄壁套軸向承載能力比徑向承載能力大的特點(diǎn).適當(dāng)增大主偏角.可以減小背向力.從而減少工具變形。4.適當(dāng)增大副偏角可減少副刀刃與工件之間的摩擦.使切削熱量減小。5.適當(dāng)減小刀尖圓弧半徑可減小背向力.從而減小工具變形。但刀尖圓弧半徑不可過(guò)小.否則將減小刀尖的散熱面積。3.2.1.1 合理選擇刀具材料工件材料的硬度.強(qiáng)度.沖擊韌性.延伸率等性能以及化學(xué)成分對(duì)刀具的耐用度影響很大.若刀具材料選擇不當(dāng).將很快失去切削性能.使切削力和切削熱增加.引起工件變形。因此應(yīng)選擇與工件材料相適應(yīng)的刀具

8、材料。3.2.1.2 合理選擇切削用量切削用量中隊(duì)切削力影響最大的是背吃力量.對(duì)切削熱影響最大的是切削速度。因此車(chē)削薄壁套時(shí)應(yīng)減小背吃刀量和降低切削速度.以減少切削力和切削熱.同時(shí)應(yīng)適當(dāng)增大進(jìn)給量。3.2.1.3 充分澆注切削液 澆注切削液可以迅速降低切削溫度.并減小摩擦系數(shù).減小切削力。對(duì)于不宜使用切削液的材料.可用壓縮空氣進(jìn)行冷卻。 3.2.1.4 將粗.精車(chē)分開(kāi)進(jìn)行 粗車(chē)后工件溫度升高.此時(shí)進(jìn)行精車(chē)將產(chǎn)生較大的熱變形.因此粗車(chē)后應(yīng)使用工件冷卻后.在進(jìn)行精車(chē)。6）增加熱處理工序消除殘余應(yīng)力 鑄造.鍛造及有焊接工序的薄壁套胚料.內(nèi)部組織失去平衡.產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力.會(huì)使工件產(chǎn)生變形。對(duì)于這些工件.必

9、須在粗加工的前.后進(jìn)行適當(dāng)熱處理.以消除內(nèi)應(yīng)力.減小工件變形。3.3 減少薄壁套車(chē)削振動(dòng)的措施由于薄壁套剛性太差.車(chē)削時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)是難以避免的.直徑越大.壁厚越薄的工件振動(dòng)越嚴(yán)重。車(chē)削振動(dòng)會(huì)引起工件變形.產(chǎn)生噪聲.使工件表面質(zhì)量變差.還會(huì)增加車(chē)刀磨損。因此必須采取措施.盡量減小工件振動(dòng)。3.3.1 調(diào)整機(jī)床機(jī)床主軸.溜板.刀架等部位的間隙過(guò)大.易產(chǎn)生振動(dòng).因此必須進(jìn)行調(diào)整.適當(dāng)減少其間隙.使各轉(zhuǎn)動(dòng)和滑動(dòng)部位處于最佳運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。3.3.2 選擇合適的裝夾方式同一工件.若裝夾方式不同.引起振動(dòng)的程度也不同。例如采用開(kāi)縫套筒.扇形卡爪.開(kāi)縫脹套心軸.液性塑料定心夾具.波紋套彈性心軸等夾具.以及使用輔助支

10、承.增加工藝筋等.都可以不同程度地減小車(chē)削振動(dòng)。其中液性塑料定心夾具.波紋套彈性心軸等減振效果較好.而用卡盤(pán).普通心軸等夾具減振效果較差。 3.3.3 使用吸振材料 用軟橡膠片.軟橡膠管.泡沫塑料.棉紗等軟材料填充或包裹工件.車(chē)削時(shí)有減少振動(dòng)和消除噪聲作用。車(chē)削薄壁套外圓時(shí).可預(yù)先準(zhǔn)備好軟橡膠片卷成筒狀塞入孔內(nèi).當(dāng)工件快速旋轉(zhuǎn)時(shí).在離心力作用下.橡膠片緊貼孔壁.能夠起到阻尼減振的作用。如果工件低速旋轉(zhuǎn).離心力不足以將橡膠片緊貼孔壁.可以用鋼絲制成的彈簧圈將橡膠片撐在孔壁上。還可以就地取材.用破布.棉紗.海綿等物塞入孔內(nèi).亦可減少振動(dòng)和噪聲。車(chē)削薄壁套內(nèi)孔時(shí).可以將橡膠軟管均勻地纏繞在工件外圓上

11、.或?qū)⑾鹉z片裹在外圓上.然后用細(xì)繩扎緊.也可減振。3.3.4 填充低熔點(diǎn)物質(zhì)用填充低熔點(diǎn)物質(zhì)的方法車(chē)削薄壁套.不僅可以減少工件變形。 3.3.5 合理選擇刀桿 1）在不影響車(chē)削的情況下.盡可能增大刀桿橫截面積.縮短刀桿伸出長(zhǎng)度.以增加刀桿剛性。2）選擇減振效果較好的彈性刀桿。3.3.6 合理選擇車(chē)刀幾何參數(shù) 1）選擇適當(dāng)?shù)闹髌?。主偏角過(guò)小時(shí).切削面積增大.易產(chǎn)生振動(dòng)。車(chē)內(nèi)孔時(shí).主偏角不能過(guò)大（尤其不能大于90度）.否則切削不穩(wěn)定.易產(chǎn)生振動(dòng)。2）選擇較小的刀尖圓弧半徑和較短的修光刃.可減小過(guò)度刃和修光刃參加切削的長(zhǎng)度.從而可減少振動(dòng)。3）選擇較小的后角.可以起到阻尼減振作用。3.3.7 合理

12、選擇切削用量 車(chē)削薄壁套時(shí).為了減少振動(dòng).一般應(yīng)選擇較低的切削速度.較小的背吃刀量和較大的進(jìn)給量。3.3.8薄壁套的檢測(cè) （1)厚度的檢測(cè) 薄壁套的厚壁千分尺進(jìn)行測(cè)量。如果工作現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有 壁厚千分尺.可以用外徑千分尺配合鋼球進(jìn)行檢測(cè)。（2）圓弧誤差的檢測(cè) 薄壁套的圓度誤差可用圓度儀進(jìn)行檢測(cè)。（3）圓柱度誤差的檢測(cè) 在生產(chǎn)車(chē)間常用檢測(cè)圓度誤差的兩點(diǎn)法或三點(diǎn)法檢測(cè)圓柱度誤差。當(dāng)被測(cè)輪廓為奇數(shù)棱圓時(shí).用三點(diǎn)法測(cè)量。第4章 薄壁套類(lèi)零件的加工分析3.1加工實(shí)例3.1.1 (1)工件裝夾方法薄壁類(lèi)零件在加工過(guò)程中如果采用普通裝夾方法,會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)生很大的變形而無(wú)法保證加工精度。如圖1所示。圖1 套筒夾緊變形誤

13、差 故薄壁類(lèi)零件的裝夾,一般應(yīng)增大工件的支承面和夾壓面積,或增加夾壓點(diǎn)使之受力均勻,并減小夾壓應(yīng)力和接觸應(yīng)力,必要時(shí)可增設(shè)輔助支承,以增強(qiáng)工件的剛性。具體措施如下: 采用工藝夾頭裝夾車(chē)削時(shí)在坯料上預(yù)留一定的夾持長(zhǎng)度,在工件完成內(nèi)孔、外圓及端面的加工后切掉。這樣不但防止了工件產(chǎn)生太大變形,而且保證了內(nèi)孔、外圓及端面間的位置精度。但這種方法在應(yīng)用中有 局限性而且會(huì)造成材料的浪費(fèi)。 增加夾壓點(diǎn)或夾壓面積通過(guò)增加夾壓點(diǎn)或夾壓面積減小零件的變形或使變形均勻化。如:采用專(zhuān)用卡爪或開(kāi)口過(guò)渡環(huán)裝夾;采用液性塑料自定心夾頭或彈簧夾頭裝夾;采用傳力襯墊裝夾等。 變徑向夾緊為軸向夾緊使夾緊力作用在剛度較大的軸向,避

14、免了徑向發(fā)生大的變形。 (2)切削用量的選擇為減少工件振動(dòng)和變形,應(yīng)使工件所受切削力和切削熱較小。在切削過(guò)程中產(chǎn)生的切削力可以分解為三個(gè)分力:主切削力Fz、進(jìn)給抗力Fx、吃刀抗力Fy。切削力的經(jīng)驗(yàn)公式為: 其中吃刀抗力Fy作用在機(jī)床和工件剛度最差的方向上,容易引起切削振動(dòng)和工件的彎曲變形,影響加工精度和工件表面質(zhì)量。 切削熱計(jì)算公式為: 從以上兩式中可以看出,切削用量應(yīng)該選較小值,但考慮到生產(chǎn)率及加工塑性材料時(shí)避開(kāi)積屑瘤的影響等,一般背吃刀量和進(jìn)給量取較小值,而切削速度取較大值。從式(2)中可以看出切削速度增大后產(chǎn)生的熱量會(huì)增多,但同時(shí)工件與刀具的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度也提高,使熱量來(lái)不及傳到工件上而大

15、部分被切屑帶走,因此,對(duì)加工的影響并不會(huì)增大。 (3)刀具角度的選擇加工薄壁類(lèi)工件的刀具刃口要鋒利,一般采用較大的前角和主偏角,但是不能太大,否則會(huì)因刀頭體積的減小而引起強(qiáng)度、剛度下降,散熱性能變差,最終影響加工精度。刀具角度的取值與工件的形狀、材質(zhì)以及刀具自身的材料有關(guān)。 2.實(shí)例 加工如圖2所示的薄壁套,除了圖中所示的要求外,內(nèi)外圓還有0.02mm的同軸度公差。 (1)夾具設(shè)計(jì)加工可以先加工內(nèi)孔和一個(gè)端面,此時(shí)留較大的余量,采用開(kāi)口過(guò)渡環(huán)裝夾;在最后一道工序中采用如圖3所示的夾具裝夾加工外圓。該夾具的核心元件是彈性套5,在心軸1上裝有一對(duì)錐套2和6,擰動(dòng)螺母8使其向右移動(dòng)時(shí),錐套給彈性套一

16、個(gè)徑向力,將工件4脹緊,反方向擰動(dòng)時(shí)工件松開(kāi)。其中定位銷(xiāo)3和7是防止彈性套與錐套以及錐套與心軸之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。該夾具使夾緊力均勻作用在工件的內(nèi)表面上,不但減小了工件因變形而引起的加工誤差,而且因?yàn)橄藦较蜷g隙而提高了定位精度,能夠很好地保證內(nèi)外圓的同軸度要求。圖2 薄壁套1.心軸 2、6.錐套 3、7.定位銷(xiāo) 4.工件 5.彈性套 8.螺母圖3 彈性心軸 (2)刀具幾何參數(shù)的選擇如圖4所示。圖4 刀具幾何參數(shù) (3)精車(chē)切削用量的選擇見(jiàn)附表。 (4)通過(guò)實(shí)際切削加工表明,用以上的夾具裝夾,變形較小,能夠保證形狀及同軸度的要求。刀具幾何參數(shù)及切削用量的選擇也較為合理,工件的各項(xiàng)要求均有明顯的提

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