1、5薄壁长筒复杂车铣类零件的高效高精加工工艺研究程俊兰1任国柱2李立3（1.北华航天工业学院 机电工程学院，2.北华航天工业学院 工业技术中心，3.中油管道机械制造有限责任公司；河北 廊坊 065000）摘要：本文针对一种薄壁长筒复杂车铣类零件加工精度难以保证、加工效率低的特点，分析了该类零件加工中的难点及易出现的问题，设计了加工该零件的加工工艺及加工工装，并将该工艺及工装应用于实际加工。结果表明：使用该工艺及工装不仅能够保证零件的尺寸和形位公差，减小了零件的变形量，保证了零件的加工质量，而且极大地提高了生产效率。关键词：复杂车铣类零件，薄壁长筒，高效，工艺中图分类号：T G 6 5 9 文献标
2、识码：A 文章编号：1 6 7 3-7 9 3 8（2 0 2 3）0 1-0 0 0 5-0 30 引 言薄壁长筒复杂车铣类零件的加工，是机械加工行业中一直以来存在的一个加工难题。虽然车削中心的应用可以在一定程度上整合数控车床与加工中心的功能，使零件加工工艺集中，提高了生产率及成品率，但是这类零件刚性较差，在切削力作用下，容易变形，产生振动，加工中还会产生热变形，影响工件的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度。所以，良好的加工工艺设计成为提高加工质量和加工效率的关键。本文以某职业技能竞赛数控车项目样题为例，分析与探讨薄壁长筒复杂车铣类零件在加工中的难点及易出现的问题、设计该类零件的加工工艺及工装。
3、1 加工工艺分析本文研究的零件，具有车铣复合结构，实际加工要求主要表面公差在两道之内、粗糙度为Ra0.8。毛坯是100mm*120mm的棒料，材料为45 钢。该零件右端面具有铣削结构包括两种高度的凸台和一个位置不在回转中心的锥螺纹孔，左侧是具有薄壁长筒的复杂车削结构，外表面包括外螺纹、多种尺寸和形状的径向槽、66 端面槽，内表面包括内螺纹、退刀槽及台阶面。使用的加工设备为车削中心。该零件的加工难点是：（1）左侧车削部分最薄部分壁厚为1mm，如28外圆部分、40槽底部等，还有39.5 轴向壁厚也是1mm，径向切槽时零件刚性差，容易振动；66端面槽底部厚度3mm，宽度较大，刀具容易干涉，轴向切槽时
4、74 外圆容易形变难以保证槽的精度。（2）毛坯为棒料，加工余量大，钻孔直径为20、深度86，钻孔及粗镗孔时不容易排屑。（3）铣削表面不规则，只能先车削后铣削，车削后零件为薄壁状，掉头铣削右侧时零件的装夹位置及方式不好确定，既要保证装夹刚度，又不能破坏已加工表面。综上难点，必须设计合理的加工工艺才能保证零件加工效率及质量。2 加工工艺及工装设计本工件为薄壁件，采取以下工艺设计可有效防止振动的产生，保证加工精度。（1）先车后铣，左端车削到长度100 位置，即80基金项目：北华航天工业学院本科教学研究与改革项目（J Y-2 0 2 2-4 4），河北省应用技术大学研究会课题（J Y-2 0 2 2-
5、0 0 1），北华航天工业学院本科教学研究与改革项目（J Y-2 0 2 1-3 0）收稿日期：2 0 2 2-0 3-2 5第一作者简介：程俊兰（1 9 7 8-），女，硕士，副教授，河北怀来人，研究方向为数字化设计与制造。第 33 卷第 1 期2023 年 02 月北华航天工业学院学报Journal of North China Institute of Aerospace EngineeringVol.33 No.1Feb.20236外圆和其后宽10 的槽在第一次装夹中加工完毕，掉头装夹时，装夹部位为74 和80 外圆，加工内容为60 外圆和铣削部分，采用软爪，装夹工件前对软爪进行加工，
6、保证装夹面和工件表面贴合。（2）先外后内的原则加工，即将外部表面都加工完毕再加工内部表面，保证了零件径向刚度；外表面的66 端面槽为保证零件轴向刚性，要在切其右侧的两个径向槽之前加工。（3）内表面加工采用分段加工方式，即避免加工内螺纹时工件刚度差引起的振动，又利于良好的排屑。具体工艺顺序为：（1）先手动平端面、车外圆，保证毛坯表面光洁，外圆车至96，然后用修爪器在软爪上车削长度为16mm，96 的扇形台阶面，用其装夹毛坯，加工左侧内容，毛坯伸出长度约101.5mm左右。修过的软爪及其装夹情况见图1 所示。图 1 左侧加工软爪及其装夹情况该工序的工步顺序如下：以左端面中心为工件坐标系原点，平端面
7、粗车外圆至42、74、80，长度到100 位置粗、精车42 部分槽，即长度到66 位置的所有径向槽M42 外螺纹66 端面槽粗、精车74 与80 之间及80 与60之间的两个径向槽U钻打孔到深30mm粗、精镗35 内孔及M30 螺纹底孔车内退刀槽车内螺纹打孔深度到50mm粗、精镗28 内孔打孔深度到70mm粗、精镗26 内孔打孔深度到86mm粗、精镗24 内孔。在走刀路线设计时，切槽要采用间歇进刀方式，即每次进刀2mm，退刀0.5mm，这样能保护刀具并容易断屑与排屑。在内、外螺纹加工时，为保证螺纹表面光洁，在螺纹切削完成后，采用光螺纹和光外圆交替进行一次或两次。在端面槽加工时，注意端面槽刀与M
8、42 螺纹发生干涉，需要在靠近74外圆位置X方向垂直接近工件。切槽时均采用3mm宽槽刀，为保证切槽精度，可分段进行精加工，40槽用35尖刀对其精加工。在内孔加工时，采用U钻进行钻孔，提高钻孔效率和良好的排屑。内孔粗镗刀可采用55刀片，可以减小切削径向力并能很好的排屑。内孔对刀测量时要用千分尺，否则对刀精度会有很大误差。（2）零件掉头，用软爪夹住74、80 外圆部分，加工右侧。左侧加工完毕后，对软爪再次进行车削，车削出高度为3mm的台阶，修过的软爪及其装夹情况见图2 所示。图 2 右侧加工软爪及其装夹情况该工序的工步顺序如下：平端面，保总长粗、精车60、90 槽（因铣削部分最大外径为89，故先切
9、至90）8 铣刀粗铣外形4 铣刀精铣外形钻孔攻丝。零件的加工实物如图3 所示。图 3 加工实物图本零件也尝试过其他加工工艺，如先内后外，在加工完内表面后再加工外表面工件刚性差，切槽时受到径向力产生振动。为减小振动，采用过填充方式，在采用石膏、橡皮泥填充时，工件加工状态比较稳定，但在清理的过程中比较困难，在使用工具清理的过程中极易划伤工件。而在使用热熔胶进行填充时，除了会产生以上同样的问题以外，还会出现局部氧化、工件亮度变差和热熔胶弹性变形较大引起的接刀痕问题。相比用石蜡效果好些，清理时可以直接使用热水对它进行软化清理，但是这些都浪费时间，不是最好的方法。而先外后内，分段加工，减小对工件刚性的削
10、弱，即保证加工精度，又能提高加工效率，对此类零件加工方法提供北华航天工业学院学报第 1 期2023 年 02 月7好的借鉴。3 结 语本文针对一种薄壁长筒复杂车铣类零件加工精度难以保证、加工效率低的特点，设计了加工该零件的加工工艺及工装，并将该工艺及工装应用于实际加工，通过实践表明该工艺和工装不仅保证了零件的加工质量，而且极大地提高了生产效率。参考文献：1 陈方国.薄壁筒类零件车削加工方法J.山东工业技术，2019，284（06）：35-35.2 孙凯，于旻.数控车床车削大直径薄壁零件方法探析J.现代制造技术与装备，2018（1）：132-134.3 曹彧，秦磊.薄壁盘与薄壁筒类零件的车削工艺
11、对比分析与应用J.航空精密制造技术，2015，51（6）：39-42.4 刘本良.大 口 径 薄 壁 筒 类 零 件 车 削 工 艺 研 究J.机械研究与应用，2017（5）：167-168.5 黄华栋.溢流壳车铣复合加工工艺研究J.机床与液压，2012，40（22）：40-42.Efficient and High Precision Processing Technology for Complex Turn-milling Parts with Thin Wall and Long Cylinder Cheng Junlan1Ren Guozhu2Li Li3（1.School of M
12、echanical and Electrical Engineering，North China Institute of Aerospace Engineering，2.Industrial Technology Center，North China Institute of Aerospace Engineering，3.China Petroleum Pipeline Machinery Manufacture Co.，Ltd.；Langfang 065000，China）Abstract:To deal with the difficulty of processing accurac
13、y and low efficiency of a complex turn-milling parts with thin wall and long cylinder，this paper analyzes the difficulties and problems in the machining，designs the machining technology and tools for the parts，and applies the process and tool in actual machining.The results show that the use of the
14、technology and equipment can not only guarantee the parts dimension but also the form and position tolerance，reduce the deformation of the parts，guarantee the machining quality of parts，and greatly improve the production efficiency.Keywords:complex turn-milling parts，thin wall and long cylinder，high efficiency，processing程俊兰等：薄壁长筒复杂车铣类零件的高效高精加工工艺研究第 1 期2023 年 02 月
