在机械工程领域，有很多壁厚较薄、加工精度要求较高、刚度较低、加工工艺性差、易产生加工变形的合金轴套类零件，其加工工艺复杂，加工精度难以得到保证[1]。本文针对这类薄壁套类零件的工艺特点及生产实际要求，对这类零件的加工方法及加工中易出现问题的解决方法进行了探讨，给出了工艺设计原则及具体的工艺措施。

由图1可以看出，混交度的分布频率随着混交等级的增高而增大。从表1可以看出，全林分的平均混交度是0.7676，属强度混交向极强混交过渡状态，其中极强混交占48.4%，强度混交占24.4%，两者合计占72.8%，处于零度混交和弱度混交的林木相对较少，两者之和约10%，说明整体林分处于高度混交状态。

1 薄壁回转零件的设计要求

如图1所示的薄壁回转体零件，其材料为60Si2Mn硅锰弹簧钢，热处理硬度要求为62洛氏硬度，壁厚为3 mm，属于典型的薄壁件，所有表面均需加工，且加工的表面质量要求较高，其中内孔的圆度要求为0.005 mm，内、外圆的同轴度要求为直径0.005 mm，内孔的加工尺寸精度为GB/T197—2003中的H6号，外圆的尺寸精度要求为GB/T197—2003中的H7号。针对上述分析的特点，可以从加工过程的不同阶段来分析和研究提高薄壁件制造精度的工艺方法，包括在加工前进行预处理及加工时优化调整加工工艺方案[2]等措施。这些措施在一定程度上能提高薄壁箱体零件的加工精度，但不能从根本上解决问题，还需要采取其他的工艺措施和方法。

因此，从提高学生的学习兴趣和学习能力入手，整合信息化教学手段，是提高课堂教学效果的最佳途径和方法，同时在实施过程中也面临着诸多困难与挑战。现代信息化手段如何与课堂教学完美融合来提升教学效果，进而提高专业人才培养质量，必将是教师工作者努力探索的方向和目标。

通过港口调研，给出仿真试验的基础数据。对于船舶Bay09结构，存在36个待装箱，船舶贝内最大允许横倾力矩为616 kN·m；对于船舶Bay47结构，存在72个待装集装箱，船舶贝内最大允许横倾力矩为752 kN·m；不确定事件涉及2个减箱和2个加箱，合计4个阶段。船舶贝结构见图4，两种场景见表2，例如B09-N36-D3表示船舶贝结构为Bay09、待装箱36个、待装箱目的港数为3。每个场景随机生成5个案例进行仿真试验，分别采用插入-分段搜索算法和CPLEX优化包求解器进行求解，详细仿真结果见表2。CPLEX设定2 h求解时间，在该时间内无法得到输出结果，则在表2中用“/”表示。

2 高精度薄壁零件的加工特点及难点分析

对于图1所示的回转体薄壁零件，除机床的精度外，影响该零件加工精度的因素还可以用鳞刺图（见图2）表示[3]。此外，加工采用的切削用量、切削热、振动和工艺系统的刚度等因素对此类零件的加工也有影响。为实现零件的设计使用要求，在工艺安排上，根据工件的表面粗糙度要求，采用粗精车加工，之后经过中间热处理过程，最后精加工采用精磨加工，同时，采用先进的刀具并选用合理的工艺参数。采用软爪工装、心轴来保证形位公差要求。在工艺上，主要采取以下具体措施：

  

图1 薄壁回转体零件结构简图

3 零件加工工序与工艺路线安排

4)装夹方法合理。为保证装夹方便可靠，夹具采用螺钉压板式专用镗床夹具。

2)工序尽量集中。对于薄壁回转体零件，加工工艺应尽量安排在一次装夹中完成，以保证内孔、外圆的同轴度及端面与孔垂直度要求。工序安排上，为防止和减少零件在加工过程中的热变形和夹紧变形，应尽量使粗加工与精加工分开，在精加工后，让零件自然冷却，同时，给精加工留出适当的余量，以减小加工过程对精度的影响。

1)防止夹紧变形。根据图1所示零件的结构尺寸和加工要求特点，选择在精度较高的高速数控车床进行加工，该机床采用高速技术并有一定的调整范围。

根据对图1所示零件结构及其加工关键点与难点的分析，为保证加工要求的实现，工艺方案的安排要考虑粗、精加工分开，同时，精车和精镗之后安排粗、精磨削。综合各方因素，制定出如下的工艺路线：毛坯→粗车外圆、端面→扩内孔→粗镗内孔，保证内、外圆与端面的垂直度，并留0.5 mm的精镗孔的加工余量→调头，粗车另一端面及外圆→人工时效→半精车外圆→精车外圆（专用夹具）→精镗内孔→零件热处理→粗磨内、外圆，端面→精磨内、外圆及端面。为保证磨削后的尺寸和形状精度要求，精车后给粗磨留0.1 mm～0.2 mm的余量，粗磨给精磨留0.04 mm～0.07 mm的余量。

对于回转体零件，通常安排在普通车削加工后再进行磨削加工，这种加工工艺虽然可以满足一般常见的加工精度要求，但对薄壁零件较高的精度要求则难以保证，或者即使能保证加工精度要求，也常常因为效率较低而影响生产，须采取其他的工艺方法和措施[1]：

3)优选加工刀具。孔的精加工采用高精度防振精镗刀具，端面的精加工采用CBN(Cubic Boron Nitride，立方氮化硼，简称“CBN”)高速轻质动平衡平面盘铣刀。

方差分析结果表明，采后处理、播种时间、播种方式对侧根的数量影响差异均不显著(FA=3.74、FB=10.74、FC=3.56，均小于F0.05(2，2)=19.0)。各因素对粗糠树侧根数影响的顺序依次为：播种时间>采后处理>播种方式。结合多重比较结果(表3)可以看出，粗糠树的播种育苗可以选择剥除果皮的种子，10月15日在露地低床播种。

4 保证零件加工精度的主要工艺措施

从图1可以看出，该零件壁厚较薄，刚性差，加工过程中工艺系统稳定性差。该零件在切削加工过程中，在夹紧力、切削力及切削热等因素作用下，容易产生振动和变形，从而影响零件加工后的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度。以上这些也是薄壁零件的主要加工特点，因此，如何减小加工变形和振动就成为保证此类零件加工质量的关键。图1所示的零件尺寸精度和形位精度均较高，要保证其加工要求，加工过程中刀具的选择、工艺路线的安排、装夹方案的选择、加工阶段的划分及热处理工序安排的时机都十分重要。根据设计要求，如何保证内孔、外圆的尺寸精度及位置是该零件主要的加工难点。由于该零件刚性差，加工工艺性差，加工中易产生装夹变形，因而工序设计、机床选择、刀具选择、工艺路线的安排以及工件的装夹方式等成为该工件加工合格与否的关键。

  

图2 影响零件加工精度的主要因素

  

图3 外圆精车心轴定位装夹示意图

1)选用适当的加工方法，采用专用夹具装夹。薄壁回转体零件在加工过程中，采用三爪卡盘装夹时，如果装夹不当，加工结束后，零件会产生三棱形变形[4]。为减少这种变形对零件加工精度的影响，合理选择夹紧方案就显得尤为重要。精车外圆和端面时，为保证外圆和端面一次完成，提高工艺系统刚度（主要是工件的刚度），采用小锥度心轴装夹零件，这样就可以避免夹紧不当造成的零件变形，装夹示意图见图3。采用小锥度心轴时，心轴锥度为1∶5 000～1∶8 000，心轴两端留有台阶，两台阶之间的长度尺寸较零件长度稍短，以保证端面加工时不会产生干涉。使用时，零件装夹在心轴上，而心轴采用双顶尖安装在机床主轴上。精镗内孔时，为保证零件内孔与外圆的同轴度要求，采用图4所示的装夹方案，零件用开口尺寸为3 mm左右的铜合金软环形开口套包住，并安装在机床的三爪卡盘上，此时，环形开口套的内孔尺寸与零件外圆基本尺寸相同。精加工的切削用量见表1。磨削内孔、外圆时，零件的装夹方案与上述车削时的方案原理相似，此处不再阐述。

2)选择合理的刀具。这里主要讨论精切时刀具的合理选择。采用瑞典山特维克可乐满公司生产的PCBN(Polycrystalline Cubic Boron Nitride，聚晶立方氮化硼，简称“PCBN”)刀具进行加工，外圆车刀及镗孔刀的角度选择如表2所示[2]。精车时，为保证刀具的锋利程度及刚度，刀具的修光刃长度取0.2 mm～0.3 mm。

3)精加工时切削用量的选择。根据金属切削理论，切削用量是影响切削力的决定性因素，而切削力又对切削加工精度具有重要作用[5]。为减少切削力对加工精度的影响，采用高速加工，该薄壁零件的高速精加工切削用量也如表1所示。

  

图4 精镗内孔时软爪装夹示意图

 

表1 表面精加工切削用量

  

加工类型精车精镗精磨Vc/m·min-1 600 800 1 800 f/mm·r-1 0.15 0.02 0.2 ap/mm 0.25 0.08 0.01

 

表2 精车外圆和精镗内孔时的刀具角度选择

  

加工类型精车精镗零件材料60Si2Mn 60Si2Mn刀片材料PCBN PCBN主偏角Kr 90°30°副偏角Kr′16°60°主后角α0 15°6°刃倾角λs 0°0°

5 结语

高精度薄壁回转体零件的加工是机械制造行业的加工难点之一。通过上述工艺方法加工薄壁零件，在一批零件加工后，抽检其中5件样品，检测结果显示：5件样品表面粗糙度全部合格；外圆与内孔的同轴度，2件为Ø0.005，3件为Ø0.003；内孔圆度，2件为0.005 mm，3件为0.004 mm；用专用量具测量尺寸精度，5件样品全部合格。总体上，这些零件全部符合设计与工艺要求，说明此加工工艺能有效解决高精度薄壁回转体零件的加工难题。

参考文献：

[1] 左敦稳.现代加工技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005：386-387.

[2] 冯之敬.机械制造工程原理[M].北京：机械工业出版社，2005：279-280.

[3] 周泽华.金属切削原理[M].上海：上海科学技术出版社，1992：87-89.

[4] 李海田.新型工具系统——空心短锥工具系统[J].组合机床与自动化加工技术，1997，10(1)：37-46．

[5] 吴玉兰.Cr12钢模具线切割开裂原因分析[J].江苏工程职业技术学院学报，2017，17（3）：27-29.