通過在（zài）機測量係統（tǒng）優化薄壁類圓弧槽軌道車削加工

1前言

薄壁回（huí）轉體金屬零件因其重量輕、節省材料（liào）、結構緊（jǐn）湊（còu）而廣（guǎng）泛應用於航空航天領域。車削薄壁金（jīn）屬零件時，由於（yú）其（qí）剛性差、強度低，容易（yì）造成產品變形。在加（jiā）工過程（chéng）中，由（yóu）於刀具（jù）選擇不合理，夾具裝夾不當，幾何誤差增大，變形，不易保證零件的加工（gōng）質量。

2產品過程分（fèn）析

2.1零件結構

噴嘴反向旋轉體的金（jīn）屬（shǔ）部分材（cái）質為30CrMnSiA，調質硬度為42 ~ 46 HRC。產品最大直徑為153㎜，形狀為圓錐形，內腔為帶拉伸（shēn）模的圓柱形結構，中間位置為圖mm圓弧滾道，與φ147mm外圓形成4mm薄壁。在車削過程中，要求保證圓弧滾道的加工精度，控製變形，保證加工後內孔和外圓相對於中心的同軸度。

2.2加工（gōng）技術上的困難

該零件壁厚不到其孔徑的1/13，加工剛性差。關鍵尺寸是圓形滾道，要求公（gōng）差範（fàn）圍小。這種材料經過高硬度鋼的淬火（huǒ）和回火處（chù）理。薄壁零件剛性差，車削時夾緊困難，容易變形。此外，影響（xiǎng）因素還包括夾（jiá）緊力、切削力、切削熱、彈性恢複等（děng）。因（yīn）此，車削薄壁零（líng）件時，首先要解決（jué）裝夾和切削引（yǐn）起的變形，然後要解決刀杆（gǎn）、刀片和切削參數的合理選擇，最後要解決滾珠（zhū）軌跡槽的檢測[3]。加工過程（chéng）中切削熱（rè）和內應力的有效釋放可以保證零（líng）件的加工質量，並且可以間接測（cè）量球軌跡槽。

2.3萬能卡盤夾緊變形（xíng）分析

車（chē）削回轉類零（líng）件最常用的夾具是（shì）自定心卡盤，夾緊工件時一般不需要找正，夾（jiá）緊速度快。但在夾緊薄壁零件（jiàn）時，常用的三爪夾緊力麵（miàn）過小，屬於點接觸，夾緊力（lì）不均勻（yún），導致零件卸載後內外徑圓柱度達（dá）不到工藝要求。

三爪粗加工後，精加工前的零件。由於（yú）主應力點位於鉗口與產品夾緊麵的接（jiē）觸部位，產品發生夾緊變（biàn）形。三爪（zhǎo）夾緊件內（nèi）孔加工後，由於夾緊變形，測量結（jié）果顯示內孔圓度合格，但壁厚不均。是加工（gōng）卸載後的零件。在自（zì）然狀態下，夾緊力消失後，零件外圓恢複為圓形，但內孔變成棱形，加工出的產品不合格。

a)粗加工和夾緊；b)完成後夾緊；c)接（jiē）受檢（jiǎn）驗的產品。

2.4粗加工和精加工應分開（kāi）進行（háng）。

零件的粗加工和精加工分開進行，粗加工盡可能去除餘量，產生較大的切削力和切削熱，導（dǎo）致車削工件時溫升較（jiào）快，變形較（jiào）大。在粗（cū）加工和精加工之間增加（jiā）一定的冷卻時間，以消除加工後的切削熱和內應力。

3加工工藝方案

細化刀具和刀片的選擇，優化（huà）切削參數，降低切削應力和切（qiē）削熱（rè）。結合（hé）以上影響薄壁零件加工的因素，加工倒接管時應采取以下工藝步驟。

3.1加工程序

1)來料:φ160mm×φ125mm×72mm環（huán），材質為30CrMnSiA鍛件。

2)粗車:用萬能自（zì）定心卡盤夾住（zhù）零件左端的外圓，車削（xuē）右端的外圓，先將成品加（jiā）工（gōng）到φ(157±0.2)mm；圖中（zhōng）圓柱形台階成品尺寸為mm，先加工到φ(144±0.2)mm；圖中內孔的成品尺寸為mm。先把它轉到φ(129±0.2)mm；圖中滾道直徑（jìng）成品尺寸為mm，要先車削到φ(136±0.2)mm；成品深度尺寸為(20±0.05)mm，先車削至(22±0.05)mm；；確保台階長度為mm，倒角為0.5mm×45。

采用萬能（néng）自定心卡（kǎ）盤夾住零件右端的外圓（yuán），轉動左端。成品（pǐn）外圓尺寸圖（tú）中為mm，先轉φ(151±0.2)mm；圖中圓柱形台階成品尺寸為mm，要先車削到φ(144±0.2)mm；零件的總長（zhǎng）度為（wéi）(65±0.065)毫米，第一次車削時為(69±0.2)毫米；步長(9±0.08)mm，先轉到(13±0.1)mm；斜角（jiǎo）成（chéng）品（pǐn）尺寸（cùn）的長度(20±0.08)，先車削至(22±0.2)mm；內孔（kǒng）轉角15° 10 '，倒角0.5mm×45。

3)調質熱處理（lǐ）:調質硬（yìng）度為42 ~ 46 HRC。

4)半精（jīng）車:將熱（rè）處理後的零件進行半精加工，用（yòng）扇形軟爪夾（jiá）住零件的左外圓，加工右端，一側留0.5毫米的（de）精加工餘量（liàng），將外圓車至圖mm；步（bù）圈到圖片mm；洞內到（dào）圖片m m；滾到圖片mm；零件深度為(20.5±0.05)毫米；；確保台階長度為mm，倒（dǎo）角（jiǎo）為0.5mm×45。

用內支撐爪支撐右端的內孔，加工左端，一側留0.5mm的精加工餘（yú）量，外（wài）圓車至圖mm；步圈到圖片（piàn）mm；零件的總長度為(66±0.065)毫米；；台階的長度為(10±0.08)毫米；；斜角（jiǎo）長度（dù）為(20.5±0.08)毫米；；內（nèi）孔的角（jiǎo）度為15° 10’；倒角0.5mm×45。拆下（xià）零件，放置一段時間（jiān），讓其應力完全釋放。

5)精車:將扇形軟（ruǎn）爪的內孔加工到圖片mm，在零件左端夾緊圖片的外圓，夾緊（jǐn）力不要太大。用扭矩扳（bān）手控製在(10±1)n·m，每刀（dāo）切（qiē）削深度應控製在0.15 ~ 0.2 mm .轉動右外圓和內孔，保證設計圖案的兩個外（wài）圓尺寸為mm和mm；內孔尺寸mm的圖片；內孔的（de）角度為15° 8’；彈道直徑圖片mm；滾弧圖（tú）mm；轉彎滾道寬度(20±0.05)毫米；；確保步長圖片為mm；倒角0.5mm×45。

用扇形軟爪頂住零件右端的mm內孔，轉動左側外圓和內孔（kǒng），保證外圓尺寸為mm，台階外圓（yuán）尺寸為mm，長度尺寸為（wéi）(65±0.065)mm，台階長（zhǎng）度為（wéi）(9±0.08)mm，內孔角度為15° 10 '，坡口長度為(20±0.08)mm，倒角角度為（wéi）0.0。

3.2工件夾具的改進

製作了包容式（shì）軟爪，以減少零件的夾（jiá）緊變形。軟爪底部的端齒位於（yú）卡盤上，保持較高的重複（fù）安裝精度。卡盤上焊有扇形軟爪，鑽成略大於零件外徑的內孔，一般比零件外徑大0.02~0.04mm。最大限度增加夾緊麵積，使夾緊力均勻（yún）分布在零件上。這樣可以有效減少零件的變形，保證卡爪與工件（jiàn）的緊密（mì）結合，保證夾緊的穩定性。

將半成品反嘴放入加工好的軟爪中，加工（gōng）右台階和內孔。然後製作一對圓形支架，以右尺寸mm的內孔為夾緊麵，加（jiā）工左端內外錐麵。

3.3選擇合適的工具

在切削過程中，刀具材料的性能與切削效率、表麵質量等有（yǒu）很大關（guān）係。因此，選擇合理的（de）刀具可以保證產品質（zhì）量和生產效率。表1顯（xiǎn）示了（le）作者（zhě）在加工過程中探索（suǒ）的（de）加工（gōng）工（gōng）具。與之前選用的刀具相比，能更好地減少切（qiē）削力的產生，有效控（kòng）製（zhì）零件的變形。

3.4選擇合（hé）理的切削參數。

根據零件材料、尺寸和表麵粗糙度的要求，確定切削參數。

4檢驗和測（cè）量

4.1滾道直徑的（de）測量（liàng）方法

圖中設計的滾道直徑（jìng）為mm，普通遊標卡尺由於結構限製無法直接測量，需要製作專（zhuān）用量具，采用比（bǐ）較法測量。具（jù）體（tǐ）方法如下:拆下最小測量（liàng）精度為0.01mm、量（liàng）程為10mm的百分表尾螺母，自製一根直徑為（wéi）8mm、長度為25mm的接長杆，用一個M2.5內六角螺釘橫向固定，連接到百分表上。加長杆的另一端加工成半徑為4mm的圓弧，使螺（luó）杆和百分表的長度（dù）大於> 140mm，調整外徑千分尺，測量範圍為125 ~ 150 mm，用百分表測量滾（gǔn）道直徑時，刻度盤（pán）麵對操作者，測量弧（hú）頂的最大（dà）值。千（qiān）分表測得的最大值與（yǔ）校準值之差就是加工餘量（liàng）。自製滾道直徑量具能準確（què）測量實際加工的滾道直徑，為設計工藝文件提供數據（jù）。

4.2滾道圓弧半徑的測量方法

滾道圓弧半徑為mm，在滾道槽底部放置一個φ12.0mm的鋼（gāng）球進行測量。被測鋼（gāng）球與滾道側壁的間隙（xì）為α。當0.03mm ≤ α < 0.08mm時，判定滾道圓弧半徑合格，符合設計要求。

5結束語

通過分析回轉體薄壁金屬零件的工藝特點和影響加工質（zhì）量的關鍵因素，闡述了通用車削夾具的缺陷，通過采用優（yōu）化的裝夾方案、刀具和車削參數，提供了一套回轉體薄壁金屬零件的車削方案。實踐表明，該（gāi）工藝方（fāng）案適用於此類薄壁零件的加工，零（líng）件加工合格率由55%提高到99.7%。