零件装夹变形分析与解决措施

薄壁零件的装夹及加工江苏工贸技师学院摘要：薄壁零件的车削，应设计合理的加工工艺，选择合适的刀具和切削参数。

并详细分析影响薄壁加工精度的因素。

经过三种方法实际加工，证明其改进方法是可行的。

关键词:薄壁零件加工影响因素改进前言由于薄壁零件具有重量轻，节约材料，结构紧凑等特点，被广泛地应用于各种生产过程里。

但同时由于薄壁零件刚性差，强度较弱，在加工时容易变形，所以不容易保证其加工质量。

因此优化薄壁零件的装夹方式，刀具的合理选用，切削用量的选择，都可以减少薄壁零件的变形，从而加工出合格的薄壁零件。

一．影响薄壁零件加工精度的主要因素1．薄壁零件受力变形如图1所示，其薄壁零件外径直径为31mm.内径直径为30mm。

壁厚为0.5mm，而且均有公差0.02mm。

由于壁薄强度弱，如卡盘在加紧时用力过大，就会使薄壁零件产生变形，造成零件的精度变差。

当在卡盘上的夹紧力过小，在切削加工时就有可能使零件松动造成工件刀具的同时损坏。

图12.切削用量的选择薄壁零件在车削加工时，变形的原因是多方面的，装夹工件时的夹紧力，切削时的切削里力，工件阻碍刀具切削时的弹性变形和塑性变形，使切削区温度升高而产生热变形，而切削力的大小与切削用量是密切相关的，其中背吃刀量和进给量同时增大时，切削力也同时增大，工件变形的程度也同时增大。

而减少背吃刀量，增大进给量切削力虽下降，但工件表面粗糙度会增大，使强度不好的薄壁零件内应力增加，同样会使零件变形。

因此粗加工时背吃刀量和进给量可以取大些，精加工时背吃刀量一般控制在0.2—0.5mm之间，进给量控制在0.1—0.2mm之间，精车时用尽量高地切削速度，但不宜过高。

合理选用三要素就能减少切削力，以此减小其变形。

3．刀具的几何角度的选择在薄壁零件的车削中，合理的刀具几何角度，对车削力的大小，车削中产生的热变形是非常重要的，刀具前角大小决定切削变形与刀具前角的锋利度，前角大，切削变形和摩擦力减小，切削力减小，但前角太大，会使刀具的楔角减小，刀具强度减弱，刀具散热请况变差，磨损加快，因此，刀具的选择至关重要。

针对筒状薄壁零件的焊接变形特点，介绍一种随动定位确定圆柱面中心的方法，合理运用工装夹具，通过变形后的工件轮廓定位，并设定为浮动基准，快速准确地找正工件中心，解决了生产过程中因基准转换不合理而引起的质量问题。

1 序言机械加工中，为降低成本、提高效率，对一些结构件进行粗加工焊接后，再进行精加工，而在焊接时零件局部急剧加热，变形更加明显。

筒状工件变形后再进行机械加工时，由于坐标难以确定，以及基准找正繁琐，导致后续精加工部分表面余量不足，造成尺寸超差甚至产品报废。

为此，变形工件在机械加工中的基准找正非常重要。

2 焊接件变形问题分析图1所示为某变形量较大的焊接组件，材料为铝合金，导热率是碳素钢和低合金钢的2倍多，是奥氏体不锈钢的十几倍。

焊接采用熔焊，为防止产生冷裂纹，焊接时进行预热，热量迅速传导至金属内部，熔池形成困难，为此采用能量集中、功率大的能源，实现局部迅速加热。

材料快速受热不均匀，造成变形量较大。

焊接后进行精密加工，保证关键尺寸，受变形影响，产品合格率较低。

初步原因分析，考虑精加工余量、精加工技术要求和精加工基准等因素，特别是基准目标系统、相关联的尺寸公差、几何公差及关键尺寸余量等。

图1 某变形量较大的焊接组件2.1 变形件技术分析工件由3个零部件焊接而成，主要控制尺寸φ42（+0.02/0）mm和φ43（+0.02/0）mm，在焊接后精加工，壁厚要求≥1.3mm，兼顾孔心距（30±0.05）mm，外圆φ46.5（+0.1/+0）mm在焊接前保证尺寸。

由于焊接后精加工余量较少，受焊接时加热不均匀产生的变形影响，故出现局部加工不到位的问题，同时难以保证最小壁厚。

工件焊接前后对比如图2所示，工件缺陷如图3所示。

a）焊接前b）焊接后图2 工件焊接前后对比图3 工件缺陷由有色金属焊接工艺分析可知，工件焊接变形大小可通过焊接温度等手段进行控制，但焊接变形是无法避免的，并且如果被焊接件小且薄，则焊接温度更难控制，变形会更加明显，甚至会出现因被焊接件薄而被熔化的现象，致使焊接后工件基准的确定成为精加工的关键。

找正装夹方案及夹具选择找正装夹方案1．数控车削零件的装夹定位及定位基准选择原则（1）工件装夹定位要求数控车削零件工件径向定位后必须保证工件坐标系Z轴与机床主轴轴线同轴，同时还要保证加工表面径向的工序基准（或设计基准）与机床主轴回转中心线的位置满足工序（或设计）要求。

工件轴向定位后要保证加工表面轴向的工序基准（或设计基准）与工件坐标系X轴的位置要求。

批量加工时，若采用三爪自定心卡盘装夹，工件轴向定位基准可选工件的左端面或左側其他台肩面以方便定位；若采用两顶针装夹，为保证定位准确，工件两中心孔倒角可加工成准确的圆弧形倒角，这时顶针与中心孔圆弧形倒角接触为一条环线，轴向定位非常准确，适合数控加工精确性要求。

若单件加工，不需轴向定位，可用对刀的方法建立工件坐标系。

（2）定位基准（指精基准）的选择原则：1）基准重合原则为避免基准不重合误差，应选用工序基准（设计基准）作为定位基准，并使工序基准、定位基准、编程原点三者统一。

因为当加工面的工序基准与定位基准不重合且加工面与工序基准不在一次安装中同时加工时，会产生基准不重合误差。

2）基准统一原则在多工序或多次安装中，选用相同的定位基准，对数控加工保证零件的位置精度非常重要。

3）便于装夹原则选用的定位基准应能保证定位准确、可靠，定位、夹紧机构简单，敞开性好，操作方便，能加工尽可能多的内容。

4）便于对刀原则批量加工时，在工件坐标系已定，采用不同的定位基准为对刀基准建立工件坐标系，会使对刀的方便性不同，甚至无法对刀，这时要分析此种定位方案能否满足对刀操作要求，否则原设工件坐标系须重新设定。

2．数控车削零件的装夹找正把工件从定位到夹紧的整个过程称为工件的装夹。

数控车床装夹工件时，必须将工件表面的回转中心轴线，找正到与数控车床的主轴中心线重合。

（1）工件常用装夹方式1）在三爪自定心卡盘上装夹三爪自定心卡盘的三个卡爪是同步运动的，能自动定心，一般不需找正。

三爪自定心卡盘装夹工件夹紧力较小，适用于装夹外形规则的中、小型工件。