橡胶气囊解决薄壁工件加工振动的实践尝试

唐毅青

(资阳晨工电器有限公司，四川 资阳 641301）

当前薄壁型工件越来越多，并且这种类型的工件使用的材质较为特殊，通常都要求具备较高精度以及大批量的生产。但是这种工件刚度较低，在加工上不具备较强的工艺性，面对切削力、切削的温度以及振动等都十分敏感，令加工精度很难得以控制，并且很难提升加工效率，尤其是当越接近最终的尺寸加工时便越发的困难。本文尝试使用橡胶气囊夹具对解决这些问题进行尝试。

1 薄壁零件加工分析

薄壁零件加工存在的问题难以有效解决，主要原因是薄壁零件的刚性比较差，且强度偏弱。在进行加工时比较容易发生变形，无法有效确保零件的整体加工质量。而影响薄壁零件加工精度的要素十分多，通过分析可以总结为三个方面。

首先是压力变形，由于工件壁相对比较薄，在夹紧力的作用影响下会出现变形，进而严重影响工件自身尺寸精度以及形状精度。

其次是振动变形，其在切削力作用影响下，比较容易发生振动与变形，直接影响工件自身尺寸精度和形状精度以及位置精度等。

最后是受热变形，由于工件相对比较薄，所有切削会造成工件出现热变形，难以有效控制工件的尺寸。根据空间的大小，运用不同体积的橡胶气囊能够确保支撑工件在调节装置的调整下处于稳当状态。因此，在设备开机后，应用橡胶气囊能够有效解决薄壁零件加工过程中由于振动影响零件的尺寸精度与形状精度等问题。

2 薄壁工件的综合分析

2.1 工件介绍

文本以一种铝制陀螺玩具为例，进行对应分析。图1为其结构图，顶盖与主体2是用螺纹连接的形式配合在一起的，主体2与主体3也是通过这种方式进行配合的，在尖部的内孔中装设有一个较小的轴承，内曲面与轴承能够同主体3右侧的外曲面与轴承位相配合。

零件薄壁的厚度仅有1.5 mm，其表面粗糙度的要求为Ra=1.6 μm，此外，还需要对陀螺玩具在直立旋转时的动平衡加以思考。因此在工艺的安排以及夹具的选择上都较为困难。

图1 陀螺玩具结构图

文章着重研究改陀螺的主体，图2所示为其零件的具体构造。工件毛坯分别采用的是尺寸为φ85×40 mm与φ85×58 mm的铝棒料。此工件中最大的直径约为80 mm，薄壁的厚度为1.5 mm，并且壁厚必须要均匀，将壁厚差维持在0.05 mm以内，并且外表面的配合必须要一致，这就令加工的操作变得越发的困难。

在加工的过程中，为了使工件的变形程度减少，采用了预留合理的加工余量、采用工艺方法以及选择加工参数，但是若能再将一些辅助的工装采用与加工的过程中，令加工过程中的振动得以消减，便能等同于将加工变形系数减小，进而使工件的质量与精度提升。

2.2 加工工艺的分析、加工方案的拟定及定位夹紧

鉴于主体2与主体3两者的外圆曲面应当是一个整体，另个构建需要在配合后有较高的一致性，所以对外观的要求比较严格。

图2 陀螺主体零件构造图

此外，玩具陀螺作为一项旋转运动的玩具，若是两个主体件在进行单独加工之后再完成配合，此种状况下，玩具陀螺就会由于各个微小质点形成离心惯性力，难以有效抵消，在陀螺的旋转过程中动平衡性相对比较差。因此，主体2应该先进行外轮廓的加工，同时外圆曲面必须要留有余量。同时主体3需要先将内孔轮廓进行全部加工，才可以运用螺纹有效配合主体2，确保其紧配一起，充分利用专用夹具在加紧定位过后，才可以对主体3的右边外圆轮廓进行粗加工，而最后一刀要实现主体2和主体3的外圆曲面的精加工。因此，在主体3外圆还需要进行粗加工的重切削与最后的精加工，而工件壁相对比较薄，十分容易出现振动和变形，且工件的装夹定位相对较为困难。

对于加工薄壁的陀螺外表面而言，一定要利用工件的内表面进行初定位，由于薄壁陀螺的左开口端内表面存在一段内圆柱面和右端一段内圆柱面，主要利用两个内圆孔完成初定位，同时在工件的右端孔利用螺钉压住垫片和夹具进行有效连接，实现工件的辅助支撑。

除此之外，应该在工件的内壁中建立轴向均布的许多组支撑胀紧点，充分应用胀紧元件或是机构完成工件薄壁的胀紧。一系列元件或是机构的顶端要建立仿形接触面相应的非刚性夹紧材料，同时这些材料和工件的内壁仿形面一定要接触，且工件的胀紧力必须要适宜，从而有效限制工件的剩余自由度，保证工件的初定位不会出现变化，从而就确保夹具体的回转轴和工件回转中心及机床的主轴中心同轴度，进而确保工件的加工精度。

3 工件安装系统设计

此安装系统主要利用仿形面基础和非刚性材料的接触夹紧相关橡胶气囊夹具，针对陀螺完成工件柔性和高精度以及高效率等方面的可靠装夹。

首先是橡胶气囊夹具。陀螺作为薄壁相对复杂的形状回转体工件，由于工件外表面是流线型曲面，因此一定要利用非刚性材料实现工件的仿形接触夹紧，同时尽量在一定程度上加大夹紧接触面积，从而确保对其外表面的切削加工整体加工质量。依据工件的横截面，有效设计出科学的气囊夹具。

其次是工作原理。依据工件曲面建立仿形橡胶气囊装夹在夹体心轴上，利用夹具体的外圆柱面进行定位，右端的螺栓一定要和夹具进行有效连接，同时锁住工件，确保定位的安全性与可靠性，这时要向气囊中实现压缩空气的充入，通常气囊膨胀之后和心轴的外表面以及工件内表面相关作用力与反作用力实现夹紧工件，从而有效处理加工过程中产生的薄壁工件振动，同时针对工件完成技工。在加工之后应该将气囊中的气体进行放出，然后松开右端的螺栓取出工件，同时完成大批量生产。

4 结束语

此设计目前已运用在相对较为复杂的薄壁工件加工中，而夹具利用橡胶气囊在充气之后的胀紧工件，确保具备充足的胀紧力，经过螺栓的有效调节，便于实现调整与装卸。另外，结构相对较为简单，生产制造业方便，有效处理了工件加工过程中存在的加工变形以及振动问题，并且一定程度上有效提升了薄壁工件的整体加工质量以及加工精度，有效减小工件的加工成本，推动机械加工行业的进一步发展。

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