1、 1 理工科类 湖北文理学院理工学院 本科毕业论文（设计）手册 题目 精密薄壁套类零件的加工工艺及导向式车削夹具设计 系 别 机械 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 学 号 姓 名 指导教师 起讫日期 2014.10-2015.5 2 精密薄壁套类零件的加工工艺及导向式车削夹具设计 摘要： 本文系统设计了薄壁零件的数控车削加工工艺。通过探讨薄壁零件在加工中存在的易变形、零件尺寸精度、位置精度及表面粗糙度不易保证等技术问题，对加工难点进行分析，给出了加工工艺路线和加工方案，通过优化、完善夹具设计和切削参数，防止了薄壁零件加工变形、保证了较好的尺寸精度 和位置精度，从而有效解决薄壁零件的车削
2、加工难题。由于薄壁零件刚性差、强度弱，在加工中极易变形，是零件的形位公差增大，不易保证零件的加工质量。因此对薄壁零件的装夹，切削加工过程中刀具的合理选用及切削量的选择，提出了严格要求。在普通车床上加工形状较复杂、有一定精度要求、且需要多把刀具进行加工的批量零件时，不仅需要频繁换刀和装夹，花费大量的人力和时间，而且加工出来的零件质量取决于加工人员的技术水平 , 产品质量得不到充分的保证。 薄壁套零件既有薄壁类零件的加工特点也有轴套类零件的加工特点，所以薄壁套类零件的加工对工艺 设计的要求相对较高，如何设计合理的加工工艺路线是加工的重点。通常薄壁套零件在机器中的作用主要是支撑或轴向定位，另外它主要
3、受径向载荷的作用，轴向一般不受较大的力。 而运用数控车床，结合传统的加工工艺，不但能大大缩短加工时间、提高加工精度，而且成品率高、产品质量稳定。所以，在运用数控机床加工过程中为保证被加工薄壁件的必要的精度，有同轴度要求的内外圆柱面或有垂直度要求的外圆与端面，尽可能在一次装夹中完成；需要编制其加工路线、合理的选择个阶段的加工参数并编写高质量的数控加工程序。为完全保证零件的形位公差需要设计其装夹 的夹具，为此，对零件图纸、零件加工及时效处理等方面都认真地进行了分析和研究。 关键词： 薄壁套 零件 切削力 刀具 夹具 3 Precision thin-walled sets of parts pro
4、cessing technology and fixture design guide turning Abstract: In this paper, system design the numerical control turning processing technology of thin wall parts. By discussing in machining thin-walled parts easy to deformation, existing in the parts dimensional accuracy, the accuracy of the positio
5、n and the surface roughness is not easy to ensure technical problems, analyze the machining difficulties, machining process route and scheme are given, through optimization, improve the fixture design and cutting parameters, to prevent the deformation of thin-walled parts processing, to ensure the b
6、etter dimensional precision and position accuracy, so as to effectively solve the turning processing problem of thin-walled parts. Due to poor rigidity thin wall parts, strength is weak, easy to deformation in machining, is part of a tolerance increases, not easy to guarantee the quality of parts. F
7、or clamping thin-walled parts, the reasonable choice of cutting tool in the manufacturing process of and the selection of cutting quantity, strict requirements are put forward. On the plain lathe processing complicated shape, has a certain accuracy requirement, and need more carry on the processing
8、of the batch parts, the cutting tool not only need to frequently change and the clamping, spend a lot of manpower and time, and machining of parts quality depends on the staff of technical level, product quality can not get full guarantee. Thin-walled parts has both thin-walled parts processing char
9、acteristic and machining characteristic of shaft sleeve parts, thin wall parts kit so relatively high processing requirements of process design, how to design the reasonable processing technology route is the key of the processing. Usually thin-walled parts in the machine is mainly to support or axi
10、al positioning, and it mainly by the effect of radial load, axial generally is not affected by the larger force. And using the numerical control lathe, combined with the traditional processing technology, not only can greatly shorten the processing time and improve machining precision, and high yiel
11、d, stable product quality. So, in the process of using nc machine tool in order to ensure the processed the necessary 4 accuracy of thin-walled, alignment requirements of inner and outer cylinder or cylindrical vertical degree requirements and face, as far as possible in a clamping is complete; Need
12、 to prepare the processing route, reasonable choice of phase processing parameters and the nc machining program of high quality. To fully ensure the shape tolerance need to design parts of the clamping fixture, therefore, the parts drawings, parts processing and aging treatment were carefully analyz
13、ed and studied. Keywords: thin wall parts cutting force tool fixture 5 目 录 1. 绪论 . 6 1.1. 研究的目的和意义 . 6 1.2. 国内外研究现状及发 展趋势 . 6 2. 设计内容及要求 . 7 2.1. 设计内容 . 7 2.2. 加工方法的设计流程 . 8 3. 薄壁套类零件的特点及常用的加工方法 . 8 3.1. 薄壁套类零件的特点 . 8 3.2. 薄壁套类零件难加工的原因 . 9 3.3. 加工薄壁套类零件常用各种加工方法及其车床专用夹具 .10 4. 薄壁套类零件的加工工艺 .15 4.1. 薄壁
14、套零件的加工工步 .15 4.2. 加工刀具的选择 .17 4.3. 切削用量的确定 .18 5. 影响薄壁套类零件加工精度的因素及防止措施 .18 5.1. 影响薄壁套类零件加工精度的因素分析 .18 5.2. 减少薄壁套类零件变形的措施 .19 5.3. 冷却与润滑 .21 6. 机床专用夹具设计 .21 6.1. 结构紧凑、悬伸短 .21 6.2. 平衡、配重 .21 6.3. 夹紧机构应安全耐用 .21 6.4. 夹紧装置的设计要点 .22 6.5. 夹具的技术要求 .22 7. 薄壁套零件的导向式夹具设计 .22 7.1. 薄壁套零件的导向式 夹具设计的原理 .22 7.2. 薄壁套
15、零件的内孔夹具选择及加工方法 .23 7.3. 薄壁套零件的外圆夹具选择及加工方法 .24 参考文献 .27 谢辞 .28 6 绪论 1.1. 研究的目的和意义 由于薄壁套类零件刚性差、强度弱，在加工中极易变形，使零件的形位公差增大，不易保证零件的加工质量，因此对薄壁零件的装夹，切削过程中刀具的合理选择，及切削量的选择，提出严格的要求。同时零件尺寸及精度、位置精度及表面粗糙度不易保证等问题， 在 通过查阅资料，对加工难点进行分析，给出合理加工工艺路线和加工方案以及相关的注意事项和措施，通过优化，完善夹具设计和切削参数， 为了防止 薄壁零件加工 时候的 变形， 再就是确保了 较 好的尺寸精度和位
16、置精度 ， 从而有效的解决了薄壁零件的车削加工难题。 1.2. 国内外研究现状及发展趋势 随着科学技术的飞速发展，社会对机械产品的结构、性能、精度、效率和品种的要求越来越高，单件产品和中小批量产品在日常的生活中的比重越来越大。传统的通用机床和专用机床以及工艺装备已经不能很好地适应高质量、高效率、多样化加工的要求。而数控机床作为电子信息技术和传统机械加工技术结合的产物，集现代精密机械、计算机、液压气动、通信、光电等多学科技术为一体，有效地解决了复杂的零件加工，精密的零件加工，以及小批多变的零件加工问题，能满 足高质量、高效益和多品种、小批量的柔性生产方式的要求，适应各种机械产品迅速更新换代的需要
17、，这代表着当今机械加工技术的趋势与潮流在不断的发展和创新，以不断的满足现在工业化生产的需求。其中数控车床由于具有高效率、高精度和高柔性的特点，在机械制造业中得到非常广泛的应用，目前在机床的机械制造中已经成为应用最为广泛的数控机床之一。在机床的数控加工中，加工的零件是十分的繁多，例如细长轴零件，丝杠零件，轮盘零件，键槽零件，薄壁零件，型腔零件，诸如此类等等零件的加工，薄壁类零件也是较为常用的零件之一，大部分薄壁类零件的外型 结构并不复杂，在数控加工中编程相对比较容易，但由于薄壁7 零件的自身特点比较容易变形，不容易把握它的精度，在实际操作时会受到切削力、切削热、机床卡具、刀具等多方面的因素干扰，
18、使其在实际加工中不易操作，它的加工工艺较为复杂，需要注意的细节比较多，实际操作却是十分的复杂。由于薄壁零件在加工的过程中容易变形，所以对机床的要求相对较高，要求机床抵抗振动的性能要过关，机床的精度高，机床回转精度高等一些相关的要求，日本 FANUC-0i系统在设计中大量采用模块化结构。这种结构易于拆装，是由各个控制板高度集成，使可靠性有很大提 高，而且便于维修和更换。具有很强的抵抗恶劣环境的影响的能力。它的工作环境温度为 0 45 ，相对湿度为 75 左右。有较完善的保护措施。 这个系统 对自身的系统采用比较好的保护电路。它所配置的系统软件具有比较齐全的基本功能和选项功能。 在日常的生活中对于
19、一般的机床来说，基本功能完全能够满足使用的需求。提供大量丰富的生产及物料的控制（ PMC） 信号和对应的功能指令。这些丰富的信号和编程指令便于用户编制机床侧 PMC 控制程序，而且增加了编程的灵活性。系统提供串行 RS232C 传输接口，使通用个人计算机和机床之间的数据传输能方便 、可靠地进行，从而实现高速 DNC 操作。提供丰富的维修报警和诊断功能。针对加工薄壁零件，所以刀具的选用更为严格，刀具必须切削锋利，耐热耐磨，能够磨出比较锋利的切削刃，选用硬质合金刀具 或涂层硬质气金刀具，刀杆必须防震，刀具的几何角度也要合理。加工薄壁套类零件还应注意对工件和刀具进行冷却和润滑，避免因热胀冷缩而影响工
20、件尺寸精度。 2. 设计内容及要求 2.1. 设计内容 本次设计主要是针对薄壁零件的难加工问题进行设计，从而设计出符合要求和合理的加工方法。 套类零件是用来支承旋转轴及轴上零件或用来导向的 ,这类零件的表面主要是内孔和外 圆 ,其主要技术要求是内孔及外圆的尺寸要十分的精准，以及圆度要求也是要十分的准确的，内外圆之间的同轴度要求，孔轴线与端面的垂直度要求都十分的高。 薄壁套类零件壁厚很薄 ,径向刚度很弱 ,在加工过程中受切削力、切削热及夹紧力等因素的影响 ,极易变形 ,所以各项技术要求很难8 保证。在套类零件的加工过程中力求设计出加工简单，成本低，操作简单的加工方法。 2.2. 加工方法的设计流
21、程 3. 薄壁套类零件的特点及常用的加工方法 3.1. 薄壁套类零件的特点 薄壁零件的特点有质量轻、节约材料、结构紧凑 等，在航空、汽车、机械等各工业部门得到了广泛的应用。但薄壁零件其壁厚很薄、内外径差非常小、径向刚度很弱、刚性差、强度弱，受夹紧力、切削力切削热、内应力的影响，在加工过程中极易变形难以控制，同时还会产生切削振动使零件的机械加工质量难以保证。 a明确薄壁加工方法设计要求 a明确薄壁加工方法设计要求 b工况分析 (刀具角度、切削用量 ) c确定主要参数 d编制设计图 e 选择和设计合理刀具 f编制设计说明书 b工况分析 (刀具角度、切削用量 ) c确定主要参数 d编制设计图 e选择
22、和设计合理刀具 f编制设计说明书 9 3.2. 薄壁套类零件难加工的原因 由于薄壁套类零件承受不了较大的径向夹紧力，用通用夹具安装比较困难 , 图 1 缸套夹紧变形误差 如图 1 薄壁套的刚性差，在夹紧力的作用下极易产生变形，常态下工件的弹性复原能力会影响工件的尺寸精度和形状精度。工件径向尺寸受切削热的影响大，热膨胀变 形的规律难以掌握，因而工件的尺寸精度不易控制。由于切削力（特别是径向切削力）的影响，容易产生变形和振动，工件的精度和表面粗糙度不易保证；在加工的过程中由于薄壁套类零件刚性差，不能采用较大的切削量，因而产生效率低；对精密的薄壁套类零件进行测量时，工件承受不了千分尺等的测量压力，可
23、能出现较大的测量误差，甚至由于测量不当造成废品，这就造成了不必要的浪费。 即使使用自定义卡盘，也是用最小限度的力夹持，尽管 3 个卡爪以同样的力卡紧也会像（ 1）那样变形；尽管将其切削成了（ 2），一离开卡盘就成 （ 3）那样了；即使切削了内外侧， 卡盘的紧固力如果消失，就会像（ 4）那样成了扁圆。总之，薄件要尽可能轻轻夹住。 10 3.3. 加工薄壁套类零件常用各种加工方法及其车床专用夹具 夹具通常安装在车床的主轴前端部，与主轴一起旋转。由于夹具本身处于旋转状态，因而夹具在保证定位和夹紧的基本要求前提下，还必须有可靠的防松结构。 先加工孔，以孔为基准，车削外圆，其使用的夹具和方法如表 3-1 表 3-1 装夹方法 图示 简要说明 弹性胀紧芯轴 胀力芯轴依靠转动锥面螺杆，使胀紧套开缝处弹性变形，用产生的胀力来固定工件，装卸方便定位精度高，接触面积大不会引起工件装 夹变形。
