材料，结构紧凑，占空间位置少等特点，因此在机械、航空航天、船舶等很多领域中有较广泛的应用。当然这类零件的加工方法有多种，例如车削、冲压、焊接、滚压等，但对于一些截面比较复杂而尺寸精度和表面粗糙度要求又比较高的薄壁零件，经常采用车削的方法来加工，因此车床上车削加工薄壁零件是一种很重要很普遍的加工方法。
在实际车削加工过程中，由于薄壁零件的毛坯刚性差、强度弱，所以容易发生变形，导致零件的几何精度、位置精度、表面质量等受到影响，易保证零件的加工质量，给车削加工带来一定的困难。因此如何提高薄壁零件的加工精度，减少加工变形，保证产品合格率是业界内越来越关心的话题。因此对薄壁零件切削过程中的常见问题及解决方法作如下讨论。
1.工件装夹不当产生变形
薄壁零件在夹紧力的作用下容易产生变形，影响工件的尺寸精度和形状精度。车削时为了方便，常采用三爪自定心卡盘装夹工件，如图所示，用三爪自定心卡盘装夹薄壁圆柱零件外圆加工内孔时的示意图。当卡爪夹紧工件时，由于卡爪和工件外圆表面间的接触面太小，导致夹紧力分布不均匀，在夹紧力的作用下，工件与卡爪接触的部位产生弹性变形，使零件呈现出三棱形如图1。三棱形内孔经过车削加工为圆柱孔后，不松开卡爪测量孔的尺寸，完全能符合零件图所规定的尺寸要求如图2。但由于内孔的加工是在工件已产生弹性变形的状态下车出来的，加工完毕松开卡爪后，卸下的工件外圆因弹性变形恢复成圆形，而已加工出的圆柱孔则变成三棱形，如图3所示。
同理用一般三爪卡盘的卡爪涨紧薄壁件的内孔加工外圆表面时，也会出现类似的变形情况。
为避免出现这种情况，可用措施如下：
1.1采用开口过渡环
根据工件的外径做一个开口过渡环，将其装配在工件在外面，三爪卡盘直接和过渡环接触夹紧，而工件则通过开口过渡环来夹紧，这样夹紧力也就均匀分布在极大的工件接触面上，可避免工件的装夹变形，如图4所示。
1.2采用专用卡爪
专用卡爪也就是软卡爪，采用软金属材料并加大接触面，工件夹紧时夹紧力就能较均匀地分布在较大的工件接触面上，可有效地避免装夹变形。使用软卡爪装夹薄壁零件是一种即简便又行之有效的装夹方法，软卡爪可根据工件的实际情况做成不同的形状。为提高定位精度，在使用卡爪前，应使其在夹紧或涨紧状态下，根据工件尺寸对其定位基面精车一刀，使它和工件定位基准尺寸一致，如图5所示。
1.3变径向夹紧为轴向夹紧
由于薄壁零件径向刚性比轴向差，为减少夹紧力引起的变形，当工件结构允许时，可采用轴向夹紧的夹具，以改变夹紧力的方向，如图6所示。
1.4增加套类薄壁件毛坯刚性
在零件的夹持部分增设几根工艺肋或凸边，使夹紧力作用在刚性较好的部位以减少变形，等加工终了时再将肋或凸边切去，如图7所示。
2.切削力引起变形
当刀具切入工件挤压被切削金属时，材料内部晶粒变形，分子之间产生滑移，形成材料与晶粒之间的内摩擦。当切屑形成后，它又沿着刀具前面排出，切屑和刀具前面之间、刀具后面和工件加工表面之间形成外摩擦。内、外摩擦力在切削过程中作用在刀具上，阻止刀具进行切削，形成切削抗力即切削力。它是由几个分力组成的空间力，为便于分析计算，一般将其分解为相互垂直的三个力：主切削力、径向切削力和轴向切削力。
径向（轴向）切削力使刀具在切削过程中产生径向（轴向）反作用力，使工件产生弹性变形和振动。若工件不同部位刚度不同，则在切削加工时产生的弹性变形也不同，使刀具实际切去的材料厚度不同，最终导致工件产生变形。
例如工件两端刚度好，越靠近中间刚度越差，则在径向切削力的作用下，越靠近中间产生的弹性变形越大，即“让刀”越严重，致使刀具在两端切去的金属多，中间切去的金属少，则加工的工件呈现中间厚，两端逐渐减薄的曲面形状。
轴向切削力同样由于工件从中心到外径处刚度的不一致，产生不同的弹性变形，最终导致工件端面不再是一个平面而呈现一个凹心面或凸肚形状。
在实际切削加工过程中，切削力是必然存在不可消除的，但可以采取有效措施来改变切削力的大小，从而减小工件因切削力而产生的变形量，提高加工质量。对切削力有影响的因素有很多，主要归纳为几下几方面：
2.1刀具的幾何参数
2.1.1前角
在一定范围内，切削力随前角增大而减小。因为前角的大小，决定着切屑变形情况和切屑与刀具前面的摩擦情况，若前角增大会使切屑变形和摩擦均减小，切削力减小。但前角不能太大，否则会使刀具的楔角减小，刀具强度减弱，刀具散热情况差，磨损加快，所以，一般车削钢件材料的薄壁零件时，用硬质合金刀具，前角取 5～20°，粗车时取小值，精车时取大值。
2.1.2后角
一般情况下，切削力会刀具后角的增大而减小，因为后角决定着刀具后面与工件切削表面之间的摩擦力大小，后角大，摩擦力小，则切削力减小。但后角也不能太大，否则会引起刀具强度减弱等不良后果。在车削钢类薄壁件时，硬质合金刀具后角取2～12°，粗车时取小值，精车时取大值。
2.1.3主偏角
刀具主偏角 在30～60°时，主切削力随主偏角的增大而减小；主偏角在75 ～90°时，主切削力随主偏角的增大而增大；通常主偏角在60～75°时，主切削力较小。此外，主偏角的增大，使轴向切削力增大，径向切削力减小。车削套筒类薄壁零件的外圆表面时，取大的主偏角。
2.1.4刃倾角
刃倾角的变化，对主切削力的变化不大，但对轴向、径向切削力的影响却很大。实验表明，当刃倾角增大时，使轴向切削力增大，径向切削力减小。
2.2切削用量的选择
车削过程中，背吃刀量和进给量增大时，切削面积将增大，导致切削力增大。但当切削面积相同时，增大进给量比增大背吃刀量对切削力增大的影响要小。所以，粗加工时，背吃刀量和进给量可以取大些，背 吃 刀 量 一 般 在 0.2～2mm，进 给 量 一 般 在0.2～0.35mm/r：精加工时，背 吃 刀 量 一 般 在 0.2～0.5mm，进 给 量 一 般 在0.1～0.2mm/r 甚至更小。
当切削速度大于50m/min时，随着切削速度的增加，前刀面上的摩擦系数减少，剪切角增大，变形系数减小，切削力将减小。因此粗车时要选用50～80m/min，精车时用尽量高的切削速度，可选用60～120m/min，但不易过高。因此在切削加工时，需合理选用三要素才能有效减少切削力，从而减少变形。
3.切削热引起变形
在车削过程中，由于切屑变形和切屑、刀具、工件间的摩擦，产生大量的热，它传到刀具上使刀具的硬度降低，加速刀具的磨损，使工件加工表面光洁度降低，它传到工件上，使工件产生热变形。使用切削液能够吸收并带走切削区域大量的热量，减小工件因热变形产生的误差，切削液还能渗透到工件和刀具之间，减小摩擦并冲走吸附在刀具和工件上的细小切屑。因此合理地使用切削液能减小切削力，提高刀具耐用度，提高加工表面质量，使工件不受切削热的影响而产生变形，保证加工精度要求。车削钢类薄壁零件时，一般建议使用乳化液，而工件表面质量要求高时使用矿物油较好。
4.振动影响精度
车削薄壁工件时，变形与振动相互影响，使工件变形加剧，影响工件加工精度。虽然振动不可能完全消除，但采取必要的措施可以减少振动。
（1）调整车床的主轴、刀架、床鞍等运动部件的间隙，使其处于最佳运转状态，加强工艺系统自身的刚度。
（2）使用吸振材料。
用软橡胶片、橡胶软管、泡沫塑料等吸振材料，填充或包裹工件后进行车削，有减振甚至消振的作用。薄壁工件内孔精加工完毕后，精车外圆前可将预先准备好的软橡胶片卷成筒状，塞入工件孔内，当工件旋转时，在离心力的作用下橡胶片将紧贴孔壁，能阻尼减振并防止振动的传播，若薄壁工件的外圆已完成精车，需继续精加工内孔时，可将软橡胶胶管均匀地绕在工件外圆上，也能获得较少振动的效果。
（3）远离振源。
车削中途发生振动应立刻停止，先用降低主轴转速、减小背吃刀量、增大进给量的方法消除振纹。然后对刀具几何角度是否合格，工艺系统刚度的好坏等进行仔细检查，无误后重新开始车削。
5.工艺路线的拟定
薄壁零件由于本身刚度差，易变形，因此其工艺过程可划分为粗车、半精车和精车三个阶段来拟定工艺路线。在粗车中产生的误差和变形可以通过半精车和精车给予修正，并逐步提高零件的精度和表面质量，得到合格产品。
在考虑工艺路线时还应重视热处理的安排。在毛坯形成后，粗车前之前应安排人工时效处理，这可消除毛坯制造过程中产生的残余应力，为粗车减少变形量。在粗车后，精车前，必须再安排 一次或多次时效处理，以消除粗加工时产生的应力。对于提高工件表面硬度、改善工件表面力学性能的淬火、渗碳淬火等热处理通常安排在半精加工和精加工之间。
6.薄壁零件新型加工方法
6.1误差补偿技术
薄壁零件的数控加工技术是现代制造企业的核心技术，误差补偿技术应用于薄壁零件加工是通过分析各种不同的误差来源及变化规律，建立适当的误差模型进而有效克服切削力变形、热变形等数控机床加工误差因素的影响，提高零件加工精度。其中南京航空航天大学何宁教授提出的刀具偏摆数控补偿工艺，基本思想是通过建立受力模型、变形模型及数控补偿模型得到数控补偿方案，是使用有限元分析法，模拟分析切削加工时变形的大小，在数控编程时通过刀具偏摆，让刀具在原运动轨迹基础上按变形程度附加连续偏摆，补偿因变形而产生的让刀量，实现一次清除让刀残余材料，使薄壁零件壁厚精度得以保证。从而保證加工精度。数控补偿工艺需配备高精度五轴数控机床，适用于高端制造行业，如航天航空加工中。
6.2高速切削加工技术
高速切削是当今制造业中一项快速发展的新技术，一般认为应是常规切削速度的5～10倍。在工业发达国家，高速切削正成为一种新的切削加工理念。切削温度、切削力通常随切削速度升高而升高，但超过一定范围后，反而随切削速度的升高而下降，如图8所示。所以高速切削薄壁零件具有以下优越性：
（1）高速切削时，由于采用极小的切削深度和很窄的切削宽度，因此和常规切削状态下的切削力相比至少可减小30%，所以在加工薄壁、薄板类零件时可减小加工变形，易于保证零件的尺寸精度和形位精度。
（2）高速切削时由于切削热的95%将被切屑带走，工件温度升不高，工件的热变形小，这对于减小薄壁、薄板类零件的变形非常有利。
（3）由于工件的表面粗糙度对低阶频率最为敏感，而高速切削时，刀具切削的激振频率很高，远离了零件结构工艺系统的低振频率范围，不会造成工艺系统的受迫振动，从而避免切削振动，实现平稳切削降低了表面粗糙度，使加工表面非常光洁，可达到磨削的水平。
（4）高速切削加工允许使用较大的进给率，比常规切削加工提高5-10倍，单位时间材料切除率可提高3-6倍，加工效率得到很大提高。
图8 高速切削区概念
超高速机床是实现超高速切削的前提条件和关键因素，因此机床制造难度大，刀具和计算机辅助设计生产软件等技术含量高，价格昂贵，投资很大，目前国内的高速切削水平和国外相比还有较大的差距。
本文介绍薄壁零件常见种类及特点，分析了薄壁零件在加工中较易出现的一些问题并提出了相应解决方法，希望在实际生产加工过程中能有一定的借鉴性。另外对薄壁零件高精度、高效率加工的几种新型方法作了简单的阐述，虽然这些技术在国内加工水平还不够成熟，但只要我们紧跟世界各种先进切削技术发展步伐，加强对薄壁零件加工方法及工艺技术的研究，肯定会缩小与发达国家的制造能力上的差距，使各种先进制造技术得以推广发展。
【参考文献】
[1]邹积德.机械制造工艺与夹具应用[M].北京.化学工业出版社，2010，7.
[2]晏丙午.高级车工工艺与技能训练[M].北京.中国劳动社会保障出版社，2006，7.
[3]陆剑中，孙家宁.金属切削原理与刀具[M].北京.机械工业出版社，2011，7.
[4]许兆丰.车工工艺学[M].北京.机械工业出版社，2004，5.
[5]中国机械工业教育协会.金属工艺学[M].北京.机械工业出版社，2005，1.
