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典型薄壁盤類零件的工藝（yì）方案及數（shù）控加工過程

2013-5-14 來源：作者：

1.數控加工的工藝分析

　　(1)零件的結構特點該零件材料為硬鋁LY12，其切削（xuē）性能良好，屬於典型的薄壁盤類結構，外形尺寸較大，周邊及內部筋的厚度僅（jǐn）為2mm，型腔深度為27mm。該零件在（zài）加工過程中如果工藝方案（àn）或加工參數設置不當，極易變形，造成尺寸超差，零件結構如圖1所示。

圖1

　　(2)工藝分析該零件毛坯選用棒料，采用粗加工、精加工的工藝方案，具（jù）體工藝流程如下：毛坯→粗車→粗銑→時效→精車→精銑。

　　粗車：分別在外圓及端麵預留1.5mm精加工（gōng）餘量，並預鑽中心孔。

　　粗銑：分別在型腔側麵及底麵（miàn）預留餘量1.5mm，並在φ12mm孔位處預鑽工藝孔。

　　時（shí）效：去除材料及加工應力。

　　精車：精車端麵、外圓並（bìng）鏜工藝孔φ6mm，要求一次裝（zhuāng）夾完成，以便保證同軸度，為後序加工打好基礎。

　　精銑（xǐ）：保證零件（jiàn）的最終要求，是本文論（lùn）述的重點。

　　①粗銑型（xíng）腔粗加工主要是去除大餘量，並為後序精加（jiā）工打好基礎，所以加工型腔時，選擇低成本的普通數（shù）控銑床加工。該工序要求按所示零件結（jié）構圖加工出內形輪廓，圓弧拐（guǎi）角為R5mm，所留精加工餘量均勻，為（wéi）1.5mm。而且本道工序（xù）還需要在φ12mm孔位處預先加工精加工所需（xū）的定位孔。

　　②精銑型（xíng）腔高速加工技術是近年（nián）應用起來的製造技術（shù）。在高速切削加工中，由於切削力小，可減小零件的加工變形，比較適（shì）合於薄壁件，而且切屑在較短（duǎn）時間內（nèi）被切除，絕大部分切削熱被切屑帶走，工件的熱變形小，有（yǒu）利（lì）於保證零件的尺寸、形狀精度;高速加（jiā）工可以獲得較高的表麵質量，加工周期（qī）也大大縮短，所以結合該類薄壁盤類零件的特點，精加工型腔時（shí）選用高速（sù）加工。

　　③定位孔的加工該零件精加工（gōng）選用中心孔φ6mm及φ12mm孔作為定（dìng）位孔，所以精加工（gōng）型腔前必須先將其（qí）加工到位。中心孔φ6mm在車工精車外圓（yuán）φ301.5mm時將其鏜削為φ6H8;φ12mm孔由數控銑床鑽（zuàn）、鉸（jiǎo）至φ12H8。

　　(3)精加工型腔時零件的定位與裝夾為了使工件在機（jī）床（chuáng）上能迅速（sù）、正確裝夾（jiá），而且在加工一批工（gōng）件時不必逐個找正，所以此次（cì）加工采用一麵兩銷的定位方式。以零件（jiàn）上已經存在的φ6mm及φ12mm孔作為定位孔，做簡易工裝，該工裝采用一個圓柱銷和一個扁形銷作為定（dìng）位元件。由（yóu）於該零件屬於薄壁件，容易變形，在夾緊工件時，壓板應壓在工件剛性較好的部（bù）位，分布盡可能均勻，以保證夾緊的可靠性，而且夾緊力的大小應適當，以防（fáng）破壞工件的定位或使工件產生（shēng）不允許（xǔ）的變形。其具（jù）體定位（wèi）與裝夾示（shì）意圖見圖2。此裝夾方式完全符（fú）合加工（gōng）中心的特點，一次裝夾可以完成型腔及所有孔的加工。

圖2

　　2.加工型腔的數控加工程序總方案

　　(1)編程軟件該零件的數控加工程序是（shì）基於軟件MasterCAM生成的。該軟件無（wú）須畫出實體，隻需（xū）按1：1正確畫出要加工的輪廓線，選擇適當的圖形和參數即可生（shēng）成用（yòng）於加工的（de）程序。

　　(2)設備的選擇（zé）精加工型（xíng）腔選用（yòng）加工中心設備：德國HERMLE(悍馬)C1200U，該設備的操作係統是HEIDENHIN(海德（dé）漢)，其性能指標（biāo）為：主軸最高轉速18000r/mm，快速移動30000mm/min，行程1200mm×1000mm×800mm，響應（yīng）靈（líng）敏，適合高速加工。該零件以前曾選用其他加（jiā）工中（zhōng）心設備進行加工，但因為壁薄，筋厚度僅（jǐn）為（wéi）2mm，型腔深，為27mm，為（wéi）防止（zhǐ）零件變形，隻能選用小規格刀具，較小的加工速度（dù），並進行多次時效，加工（gōng）周期很長（zhǎng），所以此次加工（gōng）選用了適合高速（sù）加工的數控設備（bèi）。

　　(3)刀（dāo）具的選擇根據零件材料，選擇國產的鑲齒硬質合金立銑刀，雙刃，大螺旋角（jiǎo），刃前（qián）空間大，耐磨，成本低。經（jīng）過實踐發現該刀具非常適合鋁材的高速加工。對具體的參數選（xuǎn）擇，需要在實際（jì）切削中（zhōng）摸索，發現（xiàn）合適速度，當然還要參考廠家的資料。

　　3.加工中心精銑削（xuē）過程（chéng）

　　該（gāi）型腔的銑削加工分兩步進行，分別為底麵（miàn）和側麵加工，先底麵，後側麵。數控程序的中心設（shè）在工件外圓圓心，安全高度在零件表麵上方50mm處。

　　(1)底麵加工刀具規格：選用φ14mm的立銑（xǐ）刀。下刀方（fāng）式：采（cǎi）用螺旋下刀，可以改善進刀（dāo）時的切削狀態，保持較高（gāo）的進刀速度和較低的切削負荷。

　　走刀方式：選用Pocket—Parallel，Spiral，clean Cor-ners(平行環繞並清角)方式，從內到外（wài），三個型腔分別（bié）加工，可以減少提（tí）刀，提升銑削效率。

　　加工時按順銑方式（shì），將底麵（miàn）1.5mm的加工餘量分兩次完成，第一刀背（bèi）吃刀量1.4mm，刀路重疊（dié）50%，轉速8000r/min，進給速度1400mm/min;精加（jiā）工時，背吃刀量0.1mm，轉（zhuǎn）速升至12000r/min，進給不（bú）變，底麵的表麵質量非常好。其刀路軌跡如圖3所示，由裏（lǐ）向外逐（zhú）步擴（kuò）展，與外形相（xiàng）似，刀路平順、柔和，盡量減少劇（jù）烈變化，以免（miǎn）引起機床振動。注意：精加工底麵時，給側麵預留了3mm餘量，以免銑到側（cè）麵時吃刀量增大。

圖3

　　(2)側麵（miàn）加工（gōng）刀具規（guī）格：為防止在拐（guǎi）角處走（zǒu）刀路徑突然改變而導致衝擊力太大，所以高速加工時（shí）應（yīng）盡量避免選用與拐角半徑一致的刀具（jù），此次（cì）選用φ8mm的立銑（xǐ）刀(拐（guǎi）角為（wéi）R5mm)。裝刀時（shí），刀具盡可能縮短伸出長度，以保證高速加（jiā）工時的刀具強度。進、退刀方式：以圓弧方式接近、離開（kāi）工件，可以避免突然接觸工件時產（chǎn）生的接刀痕，保證零件的表麵質量。

　　走刀方式（shì）：選（xuǎn）用Contour(外形銑削)方式。加工（gōng）時，按（àn）Z軸分層（céng）並以順銑的（de）方式進行，轉速10000r/min，進給速度1000mm/min，三個型腔同時逐（zhú）層向下銑，每次背吃刀量為（wéi）2mm。注意：不可一個型腔銑削後再銑削下一（yī）個型腔。因為，當第一個型腔加工完後（hòu），內部筋的壁厚隻剩3.5mm，而加工下一個型腔時，內部筋的切（qiē）削量將（jiāng）是1.5mm，這會導致局（jú）部支撐力變小，工件（jiàn）容易受切削力的影（yǐng）響而變形;若三個型腔同（tóng）時逐層向下銑削時，筋的壁厚是5mm，相對而言支撐力要大得（dé）多。加工的刀路軌跡如圖4所示。