小薄壁套類零件在儀表、辦公以及其他小型設備中應用廣泛。其加工難度大，主要原因是在裝夾和機加工過程中容易產生多種變形。本文對其變形的主要原因進行了分析並提出瞭解決方案，在其夾具的設計中採用了氣壓和彈性橡膠，有效地解決了裝夾變形的問題。對其他小薄壁套類零件夾具的設計有一定的示範意義。
1、圖樣分析
如圖1所示，典型小薄壁結構零件。材料為Y1Cr17(GB/T1220)不鏽鋼，棒料毛壞。批量生產。從零件圖樣要求及材料來看，加工此零件的難度是很大的。金屬加工微信，內容不錯，值得關注。壁厚最薄1mm。加工材料為Y1Cr17(GB/T1220)不鏽鋼，難切削。內徑尺寸為10～12mm，公差只有0.01～0.02mm。外徑為14～13mm，公差只有0.02mm。兩端內孔對稱，各有一圖1工件個0.5×0.1mm的內溝槽。幾處倒角很小0.15～0.25mm。該件壁薄易變形、精度高、結構小、難加工、材料難切削。
2、工藝分析
壁薄是該零件的突出特點。為更好地分析加工工藝過程，要首先分析一下影響薄壁零件加工精度的因素。薄壁零件在夾緊力和切削力的作用下，容易產生變形、振動，影響工件車削精度。由於壁薄工件熱容量小，易引起熱變形，工件尺寸不易掌握。
（1）受熱變形：因工件較薄，熱容量小，傳導慢，在切削熱的作用下，工件溫度較高，會引起工件熱變形，使工件尺寸難於控制。
減小切削熱的措施：減小切削力，車削時需注意控制切削溫度的升高，首先通過減小切削變形（切削力）來減少切削熱的產生，同時增大刀尖部分的散熱面積以及使用充分的冷卻潤滑液等途徑，將切削熱及時傳散。切削液應選用抗粘結冷卻性好的切削液，如含硫、氯等極壓添加劑的乳化液；切削液的的供給必須充分。
（2）振動變形：在切削力（特別是徑向切削力）的作用下，容易產生振動和變形，影響工件的尺寸精度、形狀、位置精度和表面粗糙度。
徑向切削力位於水平面內，垂直於縱向走刀方向，刀具和工件之間的抗力，使工件發生彎曲。由於壁薄背吃刀量小，在切屑斷裂時，刀尖與工件間的抗力是間歇變化的，從而使工件乃至刀具產生振動。
減小振動變形的措施：選用剛性好，功率足夠大的機床。同時儘可能提高刀具及工件的剛度，如儘可能增大刀杆截面積，減少刀具的懸伸長度等。
（3）受力變形：因工件壁薄，在夾緊力的作用下容易產生變形，從而影響工件的尺寸精度和形狀精度。若用自動定心卡盤裝夾薄壁件，零件在三個卡爪夾緊力的作用下，產生變形，造成零件的圓度誤差。如果減小夾緊力，在車削時有可能使零件鬆動而報廢。夾緊力的大小，通常採取粗車時夾緊些，精車時夾鬆些，以控制零件的變形。
為減小壁薄工件的受力變形，常採用開口過渡環或增大卡爪與工件的接觸面積的方法。這種方法適用於壁不是太薄且便於內外結構加工的工件。工件由徑向夾緊改為軸向夾緊，是薄壁套筒工件常用的方法之一。金屬加工微信，內容不錯，值得關注。雖然這種方法使工件產生變形很小，但每加工一個零件都要用螺母鎖緊，增加了裝夾輔助時間和操作者的勞動強度，降低了生產效率，不能夠適應大批量生產的要求，特別是在數控車床上大批量生產類似圖1所示的薄壁零件。
要解決該零件加工變形及生產效率問題，必須設計專用夾具。
加工工藝過程如下：
工序一：夾棒料，95mm鑽頭鑽孔，粗車內孔→粗、精車端面至要求→粗車外圓→半精車外形→精車外形至尺寸，切斷。
工序二：專用夾具裝夾，半精車切斷端內孔及端面至尺寸→車內槽。調頭，半精車另一端內孔至尺寸→車內槽。
3、專用夾具設計
設計如圖2所示，壁薄零件形腔加工專用夾具。
通過以上工藝分析知：壁薄零件形腔的加工需用專用夾具。
（1）專用夾具的設計。
定位基準的選擇：該工件在前一工序中內孔已鑽、外形除切斷端的一個倒角外其餘已加工至要求。選擇(143±0009)mm外圓為徑向基準、已加工好的左端面為軸向基準。
夾緊方式的選擇：該零件壁厚僅有1mm左右，切削量不能太大，切削力、夾緊力也不能太大，可採用氣壓彈性橡膠專用夾具。
圖2為該夾具的裝配圖。聯接盤與機床主軸相連，結構形式視實際情況而定。密封墊除起到密封壓縮空氣的作用外，中間20mm的孔與迴轉氣動裝置中的壓縮空氣管相連，壓縮空氣通過三個對稱分佈的導氣孔作用到彈性橡膠套上，由彈性橡膠套的變形把工件夾緊。夾爪定位孔是當夾具與機床安裝好後配作的。
（2）主要零件夾爪的零件如圖3所示。
4、刀具及切削用量的選擇
採用該氣壓彈性專用夾具在微型精密數控車床上加工該工件，有效解決了裝夾變形和生產效率問題。但要想對該類工件進行正常地加工，還必須合理地選用刀具材料、參數以及切削用量。
（1）刀具材料、參數的選擇：圖1所示，典型壁薄工件材料牌號為Y1Cr17，屬鐵素體類易切不鏽鋼。該不鏽鋼具有易切結構鋼的切削性能，同時也具有優質結構鋼的力學性能，生產中應用廣泛。 通常加工該材料所用的鑽頭、絲錐之類複雜定型刀具多用新型高速鋼材料，如W12Cr4V4Mo、W12Cr4V5Co5(T15)及W9Cr4V5Co3等。內外圓車刀可選用YG類、YW1、YW2、YH1及YH2等常用牌號的硬質合金。金屬加工微信，內容不錯，值得關注。為使刀具鋒利減小切削力，切削不鏽鋼材料的刀具前角應儘可能取大值，特別是加工小型壁薄工件。一般前角為12°～30°。為保證足夠的刀具強度，后角不宜過大，粗車為6°～10°，精車為10°～20°。
在批量生產中為保證加工質量和生產效率，常選用性能更高專為精密微型工件加工設計的刀具，如：超微粒硬質合金PVD塗層刀具和金屬陶瓷類PVD塗層刀具等。
（2）切削用量的選擇：為保證其加工精度和表面質量一般選用較小的背吃刀量、進給量和較大的切削速度。粗車外圓背吃刀量取0.3～0.5mm,內孔取0.2～0.3mm；精車內、外圓背吃刀量取0.1～0.15mm；粗、精車進給量取0.02～0.05mm/r，切槽、切斷取0.02mm/r，鑽孔時取0.07mm/r。用超微粒硬質合金和金屬陶瓷類PVD塗層刀具切削Y1Cr17不鏽鋼的切削速度可達295m/min以上，.加工較小尺寸工件時，一般在機床迴轉性能許可的前提下,儘可能選用較高的轉速。範例中鑽孔選1200r/min、粗精車內外圓選用3000r/min、切斷選用2000r/min。
此外，加工壁薄工件時一般選擇以冷卻潤滑為主的切削液。如下幾種：硫化油、硫化豆油，煤油加油酸或植物油、四氯化碳加礦物油及乳化液等。
閱讀更多 機械起點 的文章
