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典型薄壁盤類零件的工藝方案及數控加工過（guò）程

2013-5-14 來源：作者：

1.數控加工的工藝分析

　　(1)零件的（de）結構特點該零件材料為硬鋁LY12，其切削性能良好，屬於典型的薄壁盤類結構，外形尺寸較大，周（zhōu）邊及內部（bù）筋的厚度僅為2mm，型（xíng）腔深度為27mm。該零件在加工過程中如果工藝方（fāng）案或加工參數設置（zhì）不當，極易（yì）變（biàn）形，造成尺寸超差，零件結構如圖1所示（shì）。

圖1

　　(2)工藝分析該零件毛坯選（xuǎn）用（yòng）棒料，采用粗加工、精加（jiā）工的工藝方案，具體工藝流程如下（xià）：毛坯→粗車→粗銑→時效→精車→精銑。

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

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

　　時效：去除材（cái）料及加工應力。

　　精車：精車（chē）端麵、外圓並鏜工（gōng）藝孔φ6mm，要求一次（cì）裝夾（jiá）完成，以便保證同軸度，為後序加工打好基礎。

　　精銑：保證零件的最終要求（qiú），是本文論述的（de）重點。

　　①粗銑型腔粗加工主要是（shì）去除大餘量，並為後序精（jīng）加工打好基礎，所（suǒ）以加（jiā）工型腔時，選擇低成本的普（pǔ）通數控銑床加工。該工序要求按所示（shì）零件結構圖加工出內形輪廓，圓弧拐角為R5mm，所留精加（jiā）工餘量（liàng）均勻，為1.5mm。而且本道工序還需要在φ12mm孔位處預先加工精加工所需的（de）定位孔。

　　②精銑型腔高（gāo）速加（jiā）工技術是近年應用起來的製造技術。在高速切削加工中（zhōng），由於切削力小，可減小（xiǎo）零件的加工變形，比較適合於薄壁件，而且切屑在較短時間內被切除，絕大部分切（qiē）削（xuē）熱被切屑帶走，工件的熱變形（xíng）小，有利於（yú）保證零件的尺寸、形狀精度;高速（sù）加工（gōng）可以獲得較高的（de）表麵質量，加工周期也大大縮短，所以結合該類薄壁盤類零件（jiàn）的特（tè）點（diǎn），精加工型腔時（shí）選用高（gāo）速加工。

　　③定位孔的加工該零件精加工選用中心（xīn）孔φ6mm及φ12mm孔作為定位孔，所以精加工型腔前必須先將其加（jiā）工到位。中心孔φ6mm在車工精車外圓φ301.5mm時將其鏜削為φ6H8;φ12mm孔由（yóu）數控（kòng）銑床鑽、鉸至φ12H8。

　　(3)精加工型腔時零件的定位（wèi）與裝夾為了使工件在機床上能迅速、正確裝夾，而且（qiě）在加工一批工件時不必逐個找正，所以此次加（jiā）工采用一麵兩銷（xiāo）的定位（wèi）方式。以（yǐ）零件上已經存在的φ6mm及φ12mm孔（kǒng）作為定位孔，做（zuò）簡易工裝，該工裝采（cǎi）用一個圓柱銷和一個扁形銷作為定位元件。由於該零（líng）件屬於薄壁件，容易（yì）變形，在夾緊工件時，壓板應（yīng）壓在工件剛性較好的部位（wèi），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，以防破（pò）壞（huài）工件的定位或使工件產生不允許的變形。其具體定位與裝夾示意圖見圖（tú）2。此裝夾方式（shì）完全符合加工中心的特點，一（yī）次裝夾可以完成型腔及所有孔（kǒng）的（de）加工。

圖2

　　2.加工型腔（qiāng）的數控加（jiā）工程序總方案（àn）

　　(1)編程軟件該零件（jiàn）的數控加工程序是基於軟件MasterCAM生成（chéng）的。該軟件無須（xū）畫出實體，隻（zhī）需按1：1正確畫出要（yào）加工的輪廓線，選擇適當的圖形和參數即可生成用於加工（gōng）的程序。

　　(2)設（shè）備的選擇精加工型腔選用加工中心設備：德國HERMLE(悍馬)C1200U，該設備的（de）操作係統是（shì）HEIDENHIN(海德漢)，其性能指標為：主軸最高轉速18000r/mm，快速移動30000mm/min，行（háng）程1200mm×1000mm×800mm，響應靈敏，適合高速加（jiā）工。該（gāi）零件以前曾選用其他加（jiā）工中（zhōng）心（xīn）設備進行加工，但因為壁薄，筋厚度僅為2mm，型（xíng）腔深（shēn），為27mm，為防止零件變形，隻能選用（yòng）小規格刀具，較小的加工速度，並進行多次時效，加（jiā）工周期很長，所以此次（cì）加工選用了（le）適合高速（sù）加工（gōng）的數控設（shè）備。

　　(3)刀具的選擇根據零件材料（liào），選擇國產的鑲齒硬質合（hé）金立銑刀，雙刃，大（dà）螺（luó）旋角，刃前空間大，耐磨，成本低。經過實踐發現該刀具非常（cháng）適合鋁（lǚ）材的高速加工。對具體的（de）參數選擇，需要在實際切削中摸索，發（fā）現合（hé）適速度（dù），當然還要參考廠家的資料。

　　3.加工中心精（jīng）銑削過程

　　該型腔的銑（xǐ）削加工分兩（liǎng）步進行，分別為底麵和側麵加（jiā）工（gōng），先底麵，後側麵。數（shù）控程序的中心設在工件外圓圓心（xīn），安全高度（dù）在零件表麵上方50mm處。

　　(1)底麵加工刀具規格：選用φ14mm的立銑刀。下刀方式：采用螺（luó）旋下（xià）刀，可以改（gǎi）善（shàn）進刀時的切削狀態，保持較高的進（jìn）刀速度和較低的切削負荷。

　　走刀（dāo）方式：選（xuǎn）用Pocket—Parallel，Spiral，clean Cor-ners(平行環繞並清角)方式，從內到外，三個型腔分別加工，可以減少提刀，提（tí）升（shēng）銑削（xuē）效率（lǜ）。

　　加工（gōng）時按順銑方式，將底麵1.5mm的加工餘量分兩次完成，第一刀背吃刀量1.4mm，刀（dāo）路重疊50%，轉速8000r/min，進給速度1400mm/min;精（jīng）加工時，背吃刀量0.1mm，轉速升（shēng）至12000r/min，進給不變，底麵的表麵質量非常好。其刀路軌跡如圖3所示，由裏向外逐步擴展（zhǎn），與外（wài）形（xíng）相似，刀路平順、柔和（hé），盡量減少劇烈變（biàn）化，以免引（yǐn）起機床（chuáng）振動。注意：精加工底麵時，給（gěi）側（cè）麵預留（liú）了3mm餘量，以免銑到（dào）側麵時吃刀量增大。

圖3

　　(2)側（cè）麵加工刀具規格（gé）：為（wéi）防止在拐（guǎi）角處走刀路徑突然改（gǎi）變而導致衝擊力太大，所（suǒ）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，此次選用φ8mm的立銑刀(拐角為R5mm)。裝（zhuāng）刀時，刀具盡可能縮短伸出長度，以保證高速加工時的刀具強度。進、退刀方式：以圓弧方式接近、離開工件，可以避免突然接觸工件時產生的接刀痕，保證零件的表麵（miàn）質量。

　　走（zǒu）刀方式：選用Contour(外形銑削)方式。加工時，按（àn）Z軸（zhóu）分層並（bìng）以（yǐ）順銑的方式進行，轉速10000r/min，進給速（sù）度1000mm/min，三個型腔（qiāng）同時逐層向下銑，每次背吃刀（dāo）量為2mm。注意：不可一個型腔銑削後再銑削下一個型腔。因為，當（dāng）第一個型腔加工完後（hòu），內部筋的壁厚隻（zhī）剩3.5mm，而加工下一個型（xíng）腔時，內部筋的切削量將是1.5mm，這（zhè）會導（dǎo）致局部支撐力變小，工件容易受切削力的影響而變形;若三個（gè）型腔同時逐層向下銑削時，筋的壁厚是5mm，相（xiàng）對而言（yán）支撐力要大得多。加（jiā）工的刀路軌跡如圖4所（suǒ）示。