高速铣削薄壁件的工件装夹方法

薄壁零件加工装夹方法及车削加工技巧在薄壁零件加工过程中，由于零件容易发生变形，所以需要在精加工后进行光切加工，从而导致零件加工效率遭到了降低。

基于这种认识，本文结合薄壁零件加工问题，对薄壁零件加工装夹方法及车削加工技巧展开了分析，从而为关注这一话题的人们提供参考。

标签：薄壁零件；装夹方法；车削加工0 引言相较于普通零件，薄壁零件具有重量轻、结构简单等特点，拥有较高的结构精度。

但是这类零件的加工一直较为困难，在车削加工过程中容易发生变形，从而影响零件质量。

因此，还应加强对薄壁零件加工装夹方法及车削加工技巧的分析，减小零件变形量，进而更好的满足薄壁零件加工需要。

1 薄壁零件加工问题相较于普通零件，薄壁零件在加工的过程中较容易出现变形问题，如装夹不当、切削不合理、刀具不合适都将引发零件变形，从而影响零件加工质量。

1.1 装夹不当导致变形通常条件下，薄壁零件内外直径差距较小，强度较弱，在车床作业中直接利用三爪自定心卡盘进行固定，将导致各爪点局部不稳，引发零件整体变形。

在过去的薄壁零件加工中，需要使零件上各夹紧点达到稳定均衡，所以需要增大装夹接触面，从而使零件整体变形量得到减少。

但是采用该种加工方法，仍然无法杜绝零件变形问题的发生。

1.2 切削不合理导致变形在车削加工的过程中，会产生较强震动。

在切削工艺不合理的情况下，就会导致薄壁零件变形。

为减少切削时刀具所受的阻力，以免零件因阻力过大产生塑性变形或弹性变形，通常需要结合刀具类型进行前角调整。

比如在刀具为高速钢材质时，需要将前角设定为6°-30°。

在刀具为硬质合金刀时，前角在5°-20°范围内。

而未能进行车削用量的合理选择，将导致薄壁零件产生各种变形。

分析这一现象产生的原因可以发现，金属切削主要受两个因素的影响，即背吃刀量和进给量。

在同时增大这两个量的情况下，零件会因切削力增大而变形。

在背吃刀量减少、进给量增大的条件下，尽管切削力会减小，但是由于工作表面剩余面积较大，零件所受内应力也增大，最终导致零件变形。

影响薄壁件变形的多种因素及解决措施（1）工件本身的结构及材料汽车工业及航空航天领域存在大量回转类、板框类和曲面类工件，不同结构工件的强度、刚度存在差异。

材料不同、力学性能不同，切削加工性就会产生很大的差异。

（2）夹具工装夹具的结构和夹紧力对薄壁零件变形影响很大。

工件若受夹紧力不均，则形位会发生变化，从而影响加工精度。

预防措施一是采用圆弧形卡爪，将点接触变为面接触，增加接触面积；二是采用开口套，将卡爪的点受力转化成开口套的面夹紧，使得受力均匀，变形均匀；三是采取可溶性胶灌注，在工件内注入可溶性胶，之后夹紧[2]。

（3）工艺参数根据工件图样选择相应的刀具，匹配合理的进给速度、转速及切削深度。

可以采用高速切削技术来降低加工时的切削力，以减少变形。

由于随着吃刀量的增大，切削力增大，工件的振动也会增大，因此在加工薄壁件时，应选择较小的吃刀量，以减少振动，从而保证加工精度[3]。

（4）其他影响因素主要是工件受热变形。

若冷却性能不理想，切削过程中刀具及工件摩擦产生的热量也会导致工件变形，从而降低加工精度。

工件结构图1所示工件材质为LY12CZ铝合金，外圆直径514mm，厚度7mm。

外圆直径大、厚度薄，属于典型的薄壁零件。

外圆上有加工环槽，且环槽尺寸较长，圆周端面上均布12个加工孔和4个支耳，工件刚性差，装夹和加工过程中极易发生变形。

同时零件的平面度有较高的要求，沟槽及外表面的表面粗糙度要求也较高，使得工件加工难度较大，如加工工艺路线选择不当，则加工精度无法控制，工件质量得不到保证。

图1 工件03工艺分析（1）结构分析工件为环形零件，结构整体规则，圆周上小孔均匀分布，支耳对称分布，沟槽沿圆周均匀分布，无异形面，无复杂结构，工件结构规整简单。

（2）材料分析零件材料牌号为LY12CZ，属于含镁铜基铝合金，材料强度较高，在退火、淬火状态下有较好的性能，切削性能尚可。

（3）精度要求该工件重点要求平面度≤0.05mm，要求环形槽表面粗糙度值Ra=1.6mm，其他表面粗糙度值Ra=3.2mm，其余皆为自由公差，精度要求并不苛刻。

数控铣床加工中心的零件装夹1. 简介数控铣床加工中心在进行零件加工时，常常需要使用装夹夹具来固定工件，保证加工的准确性和稳定性。

装夹夹具的选用和正确使用对加工质量和生产效率有着重要的影响。

本文将介绍数控铣床加工中心常用的零件装夹方法和注意事项。

2. 常用的装夹夹具2.1 机械定位夹具机械定位夹具是常用的零件装夹夹具之一，它能够将工件精确定位，并且能够提供足够的夹紧力。

机械定位夹具通常由夹具底座、夹具卡盘和夹具夹爪组成。

使用时，先将夹具固定在加工中心的工作台上，然后放置工件到夹具卡盘上，最后使用夹具夹爪将工件夹紧。

机械定位夹具适用于形状规则的工件，如圆柱体、方块体等。

2.2 液压夹具液压夹具是一种通过液压力来实现夹紧工件的装夹夹具。

液压夹具的夹紧力可调，能够根据工件的要求进行调整，适用于大批量加工，提高生产效率。

与机械定位夹具相比，液压夹具更适用于形状复杂、表面精度要求高的工件。

2.3 真空吸附夹具真空吸附夹具是一种利用负压吸附工件的装夹夹具。

它适用于工件薄、表面精度要求高的情况。

使用时，先将工件放置在真空吸附板上，然后通过真空泵产生负压，使工件固定在吸附板上。

真空吸附夹具通常用于加工轻薄的板材、薄膜等工件。

3. 零件装夹注意事项3.1 合理选择装夹夹具在进行零件装夹时，需要根据加工工件的特点和要求合理选择装夹夹具。

不同的装夹夹具适合不同类型的工件，比如机械定位夹具适合形状规则的工件，液压夹具适合形状复杂的工件，真空吸附夹具适合薄膜材料等。

3.2 加工中心定位准确在进行零件装夹前，需确保加工中心的定位准确。

定位准确度对于零件加工的精度和稳定性非常重要。

如果加工中心的定位不准确，会导致加工误差和工件变形。

3.3 夹紧力要适当在装夹过程中，夹紧力的大小直接影响到工件的稳定性。

夹紧力过大会导致工件变形或损坏，夹紧力过小则会影响加工质量。

因此，夹紧力要适当，应根据工件的要求和加工情况进行调整。

3.4 避免干扰和碰撞在加工过程中，需要注意避免任何干扰和碰撞。

高速铣削薄壁件的工件装夹方法F技术前沿高速铣削薄壁件的工件装夹方法■文/同济大学机械工程学院李沪曾纪多斌在航空航天,汽车电子电器等工业领域,越来越多地使用薄壁结构件(以下简称薄壁件).在保证刚度,强度,抗断裂能力等要求条件下.尽可能减轻零部件重量.并减少零件总数和装配工作.薄壁件材料切除率高达9O%以上.需要努力控制加工变形和提高效率.对机械加工提出了高新技术要求.高速铣削作为当今世界先进制造技术之一,很适合于加工薄壁件.为控制加工变形.除进行工艺优化外.还需要合理选择工件装夹方法.本文以下就这一主题进行探讨.1.薄壁结构件的装夹在实验室工作实践中.尝试采用通用压板.磁体吸附和真空吸盘等不同方法装夹薄壁件.都取得良好效果.下面分别展开讨论.1.1通用压板图1中三连波导薄壁件外形尺寸为791×157×32mm.长,宽与厚度尺寸相差不算特别悬殊.最小壁厚为2mm.工件刚度不是很小.经过分析比较和试验.在毛坯两侧面沿长度方向铣削高10mm.深3mm的工艺通槽后.从毛坯两侧用4块压板伸人工艺通槽压紧.结果证明装夹变形小.实用方便.此处的装夹要点是压板的数量和在机床工作台面上围绕毛坯的作用点分布,还有夹紧力的大小.一般地说. 压板数量应当适中.作用点分布位置需要均匀错开. 夹紧力尽可能小些.?112.第04期数控机床市场图1通用压板装夹三连波导薄壁件如果薄壁件的长,宽尺寸大且接近.而厚度很小时.采用通用压板装夹会有问题.其一.工件毛坯侧面高度不足没有铣削工艺槽的余地.只能用压板直接压住上表面.容易留下压痕.特别是当工件材料较软时.此时压板还会妨碍走刀加工.其二.压板压紧后.毛坯中间部位容易发生弹性变形而如图2拱起,影响加工精度甚至加工的顺利进行,加工完成后工件难免发生较大翘曲变形.拱起高度血广～向一.图2通用压板装夹造成毛坯拱起变形可见.通用压板主要用于厚度和刚度不很小的薄壁件装夹.1.2磁铁吸附如果需要加工厚度为1mm左右的有色金属薄板件,通用压板和电磁工作台装夹都无法采用,不妨考虑磁铁吸附的装夹方法.用永磁铁通过磁力吸附作用将此类薄板件压紧在导磁的工作台面上.该方法广泛应用于电子元器件领域,解决刚性低,工艺要求苛刻的轻小,超薄有色金属零件的装夹问题.磁铁吸附装夹夹紧力分布均匀,夹紧可靠,工件变形小,一般不会在工件表面产生压痕.磁铁形状简单,便于保管,还可以组合起来用于装夹形状复杂的薄板件.图3所示铝合金薄壁件上有12条直槽,槽壁和槽底厚度均为1mm,毛坯原始厚度1O.25mm.高速铣削加工时采用了通用压板和磁铁吸附结合的装夹方法. 起先.在毛坯四周每边铣出两个用于搭压板的工艺槽,尺寸为20X5X5mm.通用压板压紧后,开始铣削中间2条直槽.加工完成后把工业用强磁铁放入槽内,利用磁铁与工作台面问的磁力作用,使工件底面与工作台面紧密接触.接着,从中间向两边依次铣削直槽,每次左右对称各1条,加工完成后即放入磁铁,直至12条槽内都有了磁铁.最后,拆去工件四周的8块压板,仅利用磁铁吸力夹紧工件,再完成工件外轮廓的铣削加工,可以避免压板妨碍走刀加工.图3铝合金直槽腔薄壁件磁铁吸附装夹效率较低,增加了数控编程和加工时需要考虑的问题,在通用机械制造领域内适合于作为临时替代或补充的装夹方法.1.3真空吸盘随着科学技术的发展进步,有色金属和非金属材料在制造业中的应用日趋广泛.机械加工中遇到越来越多薄,脆,无导磁性的扁平工件,往往不能够采用传统方法装夹固定.2O世纪9O年代以来,真空吸盘夹具逐渐进入机械加工领域.最初,它在电子行F业中获得较多应用,而后推广到汽车,包装,木工,金属加工等行业中.真空吸盘夹紧力分布均匀,大小一致.没有机械夹紧件,不会造成工件局部变形,不影响工件表面质量.它不需要装夹辅具.使用方便,可减少装夹辅助时间,提高效率.这些优点,使它十分适合于装夹薄壁件.根据真空的产生方法,真空吸盘可分压缩空气原理和真空泵原理两大类.1.3.1压缩空气原理图4表示压缩空气产生真空的原理.压缩空气从阀ElA送入,经阀ElB由阀ElC流出.阀ElB截面积比阀ElA小,空气流速在B处远高于A处.由伯努利方程可知B处气压较低而产生强的抽吸能力,带走阀ElD处的气体形成真空.这就是作为真空源的真空发生器的原理.它工作时不需要润滑,是清洁的工艺装备.真空发生器分单级和多级两类,后者效率高,在消耗等量压缩空气条件下,抽气量达到前者的若干倍.图4压缩空气产生真空原理图5真空发生器真空吸盘夹具第o4期数控机床市场?113?技术箭图5真空吸盘夹具采用真空发生器作为真空源,吸盘金属工作台面用于支承工件,吸口分布均匀,采用中等硬度橡胶条密封,工件定位吸紧可靠.1.3.2真空泵原理与真空发生器相比,真空泵能够达到的真空度高,抽吸效率高.达到同样真空度的时间短.按其基本原理,真空泵可分为压缩型和吸附型两类.最常见的压缩型真空泵采用机械工作原理,借助机构的循环运动周期性地改变泵内容积空间,压缩其中的气体排出泵外,并阻止外界气体倒流回泵内.通过不断抽吸与泵相连的密闭空间内的气体并排出泵外,可以很快地获得真空.吸附型真空泵利用各种物理表面或化学吸气剂,在封闭的空间中将气体分子吸附在固体表面上或变为固体,例如吸附泵,溅射离子泵,钛升华泵及低温泵.图6和图7显示实验室与某外资企业共同研发的一套真空夹具系统.图6用电化铝材料制成的网格真空工作台尺寸为610X610X28mm,重图6密封胶条嵌入网格真空台面图7真空夹具系统气路部分?114?第04期数控机床市场量<15kg,用通用压板固定在5轴联动高速铣削加工中心的圆工作台上.网格真空台面经特殊处理摩擦增大,不平度不超过0.O2mm,扁平薄板工件安放其上,加工后形状误差≤0.O2mm.台面上纵横各有22道5X5mm的通槽,用于根据薄壁件面积大小嵌入密封胶条,围出一块面积略小的吸附区域.实践表明正确选用密封胶条的材料,硬度,弹性,截面形状,制造精度等,对于保证工件装夹的定位精度和吸紧,保证系统的长期正常工作运转,具有决定意义.图7气路部分中,左侧水隔离器通过黑色塑料管与网格真空工作台相连,用于过滤沉淀穿越密封胶条而漏入的少量切屑,冷却润滑液等杂质,以隔离保护图右侧昂贵的真空泵,首先使之能够长期正常运转.压缩型真空泵最大抽吸能力为7.6m3/h,可在2s内使系统达到85%的相对真空度.即入=O.85.图中间黑色的手动滑阀.用于控制网格真空台面处于吸紧工作或者放松暂停状态.真空夹具其实是利用工件上下两面的气体压力差压紧工件.若F1和F2分别为工件上,下两表面所受大气压力和吸盘内残余气体压力,则压力差AF=F1一F2=P0XA1一(1一入)XP0XA2其中标准大气压P0=1O1325Pa,A1为大气压力作用面积也即工件上表面面积,A2为密封胶条围出的吸附区域中的吸口面积.如果工件材料为铝合金,则图6中网格台面与它的静摩擦系数≥065.在扁平薄板件上下表面尺寸与工作台网格台面相同的条件下,A1=590X 590:0.3481m,A2=20X5X[[590+(590—20X5)]=0.108m2,得△F=101325X0.3481一(1—0.85)X101325X01O833630N,静摩擦力fmax≥0.65X33630—21860N,工件自重对其影响忽略不计.当A1减小至1/8时,粗略估算假设A2以相同比例减小,则AF一4200N和fmax一2730N.在实验室高速铣削铝合金时,切削分力FX,FY,FZ均小于300N,即Fz远小于AF,Fx与Fy的矢量和远小于fmax, 所以该夹具系统夹紧可靠.真空夹具系统能够比较理想地满足装夹无导磁性的薄壁件尤其是扁平薄板件的要求,工件变形小,装夹快捷,方便,但是价格高.2.结论本文介绍了在实验室工作实践中.通用压板磁体吸附和真空吸盘三种装夹薄壁件的不同方法.其中,通用压板简单,通用,价格低,但适合装夹厚度和刚度不很小的薄壁件,容易产生压痕.磁铁本身也简单,不过一般仅作为临时替代或补充的装夹方法且使用过程中需要多次操作不够方便.真空夹具系统适用性广,工件装夹可靠,变形小,操作方便,但需要定制系统,使用中有消耗成本高需要考虑其经济性例如工件有一定批量.参考文献[1]李沪曾,王逸,张冲等.薄壁整体结构件的高速铣削.同济大学(自然科学版),2007.35(4):522[2]张秋源,李汛波,罗世勇.利用钐钻永磁体的夹具设计.工具技术,2006(2):38[3]陆宏,真空夹具及其应用.仪表技术与传感器,1993(3):17[4]滕红华.真空吸盘吸持物体的动力学分析.包装工程,2004(2):68,83[5]郭维强,蒲如平,韩秀杰等.真空发生器抽吸机理与性能的分析研究.真空,2003(6):54[6]李泽,刘俊杰.罗茨真空泵及其使用.四川科学技术出版社,1985[7]D.Cheng,符锡理.用低温吸附泵获得低压强.导弹与航天运载技术,1992(4):18.[8]SchmalZ(中国)有限公司.VacuumclampingtechnologyforcNcmachinetOOlS,2006.{L第04期数控机床市场?115?。