隨著數控加工技術的廣泛運用，數控機床精度高、穩定性好、效率高、自動化強等一系列優點在機械加工中得到了充分體現，但用數控車床加工高硬度零件、薄壁零件、細長軸、細長孔等類零件，經常會出現零件易變形，零件尺寸及表面粗糙度不易保證等技術問題。近幾年，伴隨著新的刀具材料、新的表面涂層及新式刀具的出現，也衍生了新的切削加工工藝和加工方法，使此類零件在數控車床加工時的技術難題有了解決的可能。

　　2典型零件分析2.1基本情況介紹以某典型零件為例，該零件為高硬度薄壁筒形零件，內腔由螺紋、臺階孔及圓角構成，零件材料為30CrMnSiA高強度鋼，硬度HRC50～55，壁厚1.5～2mm，內孔粗糙度Ra1.6，螺紋與外圓、內孔的同軸度Φ0.02mm，內孔圓度0.05mm，其形狀及尺寸如所示。

　　2.2主要加工難點分析可以看出，Φ64.7mm內孔、M65×1.5螺紋、Φ69mm外圓及Φ65.7mm內孔的斷續加工是該零件zui主要的加工難點，其Φ64.7mm內孔深度為122.8mm，zui薄處壁厚僅為1.5mm.該零件淬火后加工，因剛性差，極易發生變形，加上排屑困難，表面質量、圓度均難以保證，且存在斷續切削時刀具易崩刃、磨損等現象。為保證該零件M65×1.5螺紋與內孔、外圓同軸度，且減小其淬火熱處理后的螺紋變形量，該零件螺紋加工只能在淬火后進行。這些加工難點的存在，使得加工過程中刀具選擇、加工工藝路線安排、工藝裝夾方式確定等成為該零件是否合格的關鍵。

　　3加工工藝過程設計通過對零件結構及其加工難點的分析，制定出以下加工工藝方案：a.下料b.退火c.普車粗加工外圓、平端面、鉆Φ58mm通孔，保證兩側外圓端面與零件軸線垂直。

　　d.數車粗加工內外型，平兩側端面，并與零件軸線垂直，為保證淬火后的零件硬度能夠達到設計要求，內外型均保留1mm余量。

　　e.熱處理淬火HRC50～55.

　　f.鉆側面6個Φ3.2mm孔。

　　g精加工零件右端，平端面，精車內孔、M65×1.5螺紋，同時半精車外圓尺寸至Φ69.4mm（為零件zui終加工留出0.2mm的精車余量），長度為66mm，并保證下道工序加工Φ64.7mm、Φ65.7mm內孔時能與螺紋同軸。

　　h.精加工零件左端，平端面，半精車外圓至Φ69.4mm，長度為70mm，分別精車內孔Φ64.7mm、Φ65.7mm，由于Φ65.7mm內孔圓周上有均布的6個Φ3.2mm的小孔，因此存在斷續切削，應盡量避免與Φ64.7mm內孔使用同一把鏜孔刀進行加工。

　　i.精車外圓，使用內漲胎精車外圓到Φ69mm.

　　4加工工藝方案設計4.1加工刀具的選擇在刀具手冊、樣本中，大多數將淬火硬度大于45HRC以上的切削定義為硬態切削。硬態切削多數情況下只能采用PCBN（聚晶立方氮化硼）刀片或金剛石刀片進行加工，此類刀片多采用負前角方式，刀片不鋒利，韌性差，易破碎，且切削速度要求高，價格昂貴，如果用此類刀片加工該薄壁零件，容易產生振動，且不能進行斷續切削。因此，針對零件淬火后硬度達到HRC50～55，零件材料30CrMnSiA韌性、塑性好的特點，筆者根據自己多年來對刀具的研究，選擇刀具。

　　刀桿剛性好，且為正前角刀具，刀片為正前角，前角為18o，物理涂層（PVD）復合陶瓷，涂層結構為（Ti，Al）N+TiN，適合于斷續加工，韌性、耐磨性好，切削鋒利，其加工硬度為40HRC.

　　內螺紋R166.4KF-20-16 R166.0L-16MM01-250 1020刀桿為全圓形結構，被包容面積大，裝夾后剛性好，刀片為適合低速切削的物理涂層（PVD）刀片，表面有1～2μm的TiN涂層，切削刃鋒利，耐磨性好，耐高溫，抗切屑錘擊能力強，加工時不易產生振動，其加工硬度為47HRC.

　　鏜孔A32T-SCLCL12 CCMT120404-WF5015（半精、精）刀桿為Φ32圓形結構，剛性好，且帶有內冷卻孔，能有效地使刀尖和零件得到充分冷卻，降低零件切削溫度，減小變形。刀片為非涂層金屬陶瓷，主要成分為TiC、TiN，刀片具有良好的韌性，在整個刀具壽命期間都能保持刃口鋒利，適合低速加工。同時，刀片帶有修光刃（wiper），能有效提高零件表面粗糙度和加工效率（wiper刀片在表面粗糙度要求相同的情況下比普通刀片進給量快一倍）。

　　以上選擇的刀具，雖然在理論加工硬度上并不能滿足加工需要，但筆者通過反復試驗，經優化切削參數和刀具幾何參數，完善夾具設計后，zui終使刀具滿足了零件薄壁、高硬度、斷續的加工要求。

　　4.2刀具的幾何參數刀具幾何參數的選擇。

　　4.3夾具設計⑴為了滿足此零件加工需要，零件夾具設計時應先計算出卡爪夾緊力和切削力，從而得出機床卡盤需要調整到的壓力。

　　卡爪夾緊力公式：W＝nDf KM 2式中：n――卡爪數；K――安全系數；f――摩擦系數；M――切削扭距；D――零件直徑。

　　切削力公式：F c＝C Fc a xFc p f yFc v nFc c K MF KкrF KγоF KλsF KλεF切削扭距公式：M＝2 FcD式中：C Fc――系數；x Fc、y Fc、n Fc――指數；a p――吃刀深度；f――進給量；V c――切削速度；K MF――材料修正系數；KкrF――主偏角修正系數；KγоF――前角修正系數；KλsF――刃傾角修正系數；KλεF――刀尖圓弧半徑修正系數。

　　經查切削手冊，該零件加工時的主切削力為：F c＝2795×0.4 1.0×0.15 0.75×88 -0.15×）（650 2109 0.75×0.89×0.9×0.6×0.8N＝128N切削扭距：M＝2 FcD＝0.5×128×70 N？mm＝4480 N？mm卡爪夾緊力：W＝nDf KM 2＝nf KFc＝3.

　　0 3 128 2×N＝284.4N根據公式計算結果，留出一定的安全保障系數后，將卡爪夾緊力確定為300N.經過對機床液壓缸壓強逐步調整，zui后試驗出液壓缸壓強在0.9bar時卡爪夾緊力能夠滿足要求。另外，設計了扇形軟三爪，以增大夾持面積，減小零件夾緊變形，扇形軟三爪如所示。

　?、圃诹慵瓤准庸ね陼r又發現在Φ64.7內孔的R3圓周處出現平均為0.05的局部變形（直徑變大），分析這可能是在加工R3時由于切削量突變造成的。

　　于是筆者一方面通過增加開槽套筒（如所示），來增加零件的有效壁厚，提高剛性，破壞振頻，降低振動，另一方面在編制加工程序時，采用R圓弧逐步減小措施，減小切削突變量。

　?、菫楸ＷC外圓精加工能一次完成，且零件支撐面具有足夠的剛性，采用內漲胎（如所示）進行外圓切削加工，這樣可以避免由于磨削而造成的零件應力變形，提高加工效率。內漲胎設計為橡膠膨脹式的夾緊方式，拉桿拉緊時通過螺栓和壓板擠壓楔塊和支撐瓦片，橡膠套在楔塊和支撐瓦片的作用下完成工件的夾緊。由于工件長度較長，靠近主軸的一端剛性較差，為此設計了兩種楔塊，楔塊1的傾角為12°和45°，楔塊2的傾角為12.5°和46°，保證了工藝系統的剛性。橡膠套*部位是通過三片支撐瓦片傳力的，保證了*部位的有效支撐、夾緊。

　　4.4切削參數選擇由于此零件為高硬度薄壁零件，加工時，剛性較差，易產生振動，刀具的切削硬度又不足以滿足加工需求，為此，在刀具和夾緊力相對固定的情況下，只能通過優化切削參數進行調整，以表面粗糙度計算公式Ra＝εr f 50 2×（f為進給量，εr為刀尖圓弧半徑）為參考，切削參數選擇。

　　4.5冷卻方式冷卻液為水溶劑極壓切削液，冷卻時采用機床主軸的冷卻系統與刀座的冷卻系統相配合，從零件左右兩端同時進行冷卻的方式，主軸冷卻系統對準零件，刀座冷卻系統對準刀尖，使加工部位得到快速充分冷卻，以減小切削時切削熱對零件的變形影響，冷卻液對零件冷卻時切忌時有時無，以避免刀具出現冷熱交變而產生破裂現象。

　　4.6排屑問題的處理由于該零件孔的加工深度較深，半精車、精車時產生的鐵屑又多為紅褐色帶狀屑，容易造成內孔表面劃傷，甚至損壞刀尖，因此在精車、半精車每一刀完成后應暫停，及時清理鐵屑。

　　5數控加工程序設計5.1數控程序設計流程數控程序設計流程。

　　5.2數控程序設計此零件加工時采用的是西門子840D數控系統，其關鍵點加工程序如下。零件右端內孔及螺紋加工程序：

　　7結束語通過筆者介紹的方法，加工后的零件內孔粗糙度達到了Ra1.6，螺紋與外圓、內孔的同軸度為0.02mm，內孔圓度為0.03mm，完全符合設計要求，一次交驗合格率達到了100％。有效解決了高硬度薄壁類零件的車削加工難題，并為高硬度材料零件的螺紋、斷續加工等提供了一些經驗，設計的夾具和總結的優化切削參數，打破了硬態切削的一些常規做法，大幅度提高了加工效率，降低了刀具費用。