典型薄壁盤類零件的工藝方案及數控加工（gōng）過程 -數控機床市場網

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典（diǎn）型薄壁盤類零件的工（gōng）藝方案及數控加工過程

2013-5-14 來源：作者：

1.數控加工的工藝分析

　　(1)零件的（de）結構（gòu）特點該零件材料為硬鋁LY12，其切削性能（néng）良好，屬於典型的薄（báo）壁盤類結構，外形尺寸較大，周邊及內（nèi）部筋的（de）厚度僅為2mm，型腔深度為27mm。該零（líng）件在加工過（guò）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（jié）構如圖（tú）1所示。

圖1

　　(2)工藝（yì）分析該零件毛（máo）坯選用棒料，采用粗加工、精加工的工藝方案，具體（tǐ）工（gōng）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（duān）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預留餘量1.5mm，並在φ12mm孔位（wèi）處預鑽工藝孔。

　　時效：去除材料及加工應力。

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

　　精銑：保證零件的最終要求（qiú），是本（běn）文論述的重點。

　　①粗（cū）銑型（xíng）腔粗（cū）加工主要是去除大餘量，並為後序精加工打好基（jī）礎，所以加工型腔時，選擇（zé）低成本的普通數控銑床（chuáng）加工。該（gāi）工序要求按所示零件結構圖加工（gōng）出內形輪廓，圓弧拐角為（wéi）R5mm，所留精（jīng）加工餘量均勻，為1.5mm。而且本道工序還需要在φ12mm孔位處（chù）預先加工精加工所（suǒ）需（xū）的定位孔。

　　②精銑型腔高速加工技術是近年應（yīng）用（yòng）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（xíng），比較適合於薄壁件，而且切屑在較短時（shí）間內被切除，絕大（dà）部分切削熱被切屑（xiè）帶走，工件（jiàn）的熱變形小，有利於保證零件的尺寸、形狀精度;高速加工可以獲得較高的表麵質量（liàng），加工周期也大大縮短，所以結合該類薄壁盤類零件的特點，精加工（gōng）型腔時選用高速加工。

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

　　(3)精加工（gōng）型（xíng）腔（qiāng）時零件（jiàn）的定（dìng）位與裝夾為了使工件在機床上能迅速、正確裝夾，而且在加工一批工件時不必逐個找正，所以此次加工（gōng）采用（yòng）一麵兩銷的定位方式。以零件上已經存在的（de）φ6mm及φ12mm孔作為定位孔，做簡易（yì）工裝，該工裝采用一個圓柱銷和一個（gè）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，壓板應壓在工件剛性較好的（de）部位，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，以防破壞工件的定位或使工件產生不允許的變形。其具體定位（wèi）與裝夾示意圖見圖2。此裝夾方式（shì）完全符合加工（gōng）中心的特（tè）點，一次裝夾可以（yǐ）完成型腔及所有孔的加工。

圖2

　　2.加工型腔的數（shù）控加工程序總方案

　　(1)編程（chéng）軟件該零件的數控加工程序是基於軟件MasterCAM生成的。該軟件無須畫（huà）出實體，隻需按1：1正確畫出（chū）要加工的輪廓線，選擇適當的圖形和參數即可生成（chéng）用於加工的程序。

　　(2)設備的選擇精加工型腔選用加工中心設備：德（dé）國HERMLE(悍馬)C1200U，該設備的操作係統是HEIDENHIN(海德漢)，其性能指（zhǐ）標為：主（zhǔ）軸最高轉速18000r/mm，快速移動30000mm/min，行程1200mm×1000mm×800mm，響應靈敏，適合高速加工。該零件以前曾選用其他加工中心設（shè）備進行加工，但（dàn）因為壁（bì）薄，筋厚度僅為2mm，型腔深，為27mm，為防止零件（jiàn）變形，隻能選用小規格刀具，較小的加工速度，並進行多次（cì）時效，加工周期很長，所以此次加工選用了適合高速（sù）加工的數控設備。

　　(3)刀具的選擇根據零件材料，選擇國產的鑲（xiāng）齒硬（yìng）質合金立銑（xǐ）刀，雙刃，大螺旋角，刃前空間大，耐磨，成本低。經過實踐發現該刀具非常適合鋁（lǚ）材的高速加工。對具體的（de）參數（shù）選擇，需要在實際切削中摸索，發現合適（shì）速度，當然還要參考（kǎo）廠（chǎng）家的資料。

　　3.加工中心精銑削過程

　　該型（xíng）腔的（de）銑（xǐ）削加（jiā）工分兩步進行，分別為底（dǐ）麵（miàn）和側麵加工，先底麵，後側麵。數控程序的中心設在工件外圓圓心，安全高（gāo）度在零件表麵上方50mm處。

　　(1)底麵加工刀具規格：選用φ14mm的立銑刀。下刀方式：采（cǎi）用螺旋下刀，可以改善進刀時的切削狀態，保持（chí）較高的進刀速度和較低的切削負荷。

　　走（zǒu）刀（dāo）方式：選用Pocket—Parallel，Spiral，clean Cor-ners(平行環繞並清（qīng）角)方式，從內到外，三個型（xíng）腔分（fèn）別加（jiā）工，可以減少（shǎo）提刀，提升銑削（xuē）效率。

　　加工時按順銑（xǐ）方（fāng）式，將底麵1.5mm的加工餘量分兩次完成，第一（yī）刀背吃刀量1.4mm，刀路重（chóng）疊50%，轉速8000r/min，進（jìn）給速度（dù）1400mm/min;精加工（gōng）時，背吃刀（dāo）量0.1mm，轉速升至12000r/min，進給不變（biàn），底麵的表（biǎo）麵質量非常好。其刀路軌跡如圖3所示，由裏向外逐步擴展，與外形相似，刀路平順、柔和，盡量減少劇烈變化，以免（miǎn）引起機床振動。注意：精加（jiā）工底麵時，給側麵預留了3mm餘量，以免銑到側麵時吃刀量增大。

圖3

　　(2)側麵加工刀具規格：為防止在拐角處走刀路徑突然改變而導致衝擊力太大（dà），所以高速加工時應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)。裝刀時，刀具盡可能縮（suō）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（rán）接觸工件時產（chǎn）生的接刀（dāo）痕，保證零件的表麵（miàn）質量。

　　走刀方式：選用Contour(外形銑削)方式。加工時（shí），按Z軸分層並（bìng）以順銑的方式進行（háng），轉速10000r/min，進給速度1000mm/min，三個型腔同時逐層向下銑，每次背吃刀量為（wéi）2mm。注意：不可一個型腔銑削（xuē）後再銑削下一個型腔。因為，當第一個型（xíng）腔加工（gōng）完後，內部筋的壁厚隻剩3.5mm，而加工下一個型腔時，內部筋的切削量（liàng）將（jiāng）是（shì）1.5mm，這會（huì）導致局部支撐力變小，工件容易受切削力的影響而變形;若三個型腔（qiāng）同時逐層向（xiàng）下銑削時（shí），筋（jīn）的壁厚是5mm，相對而言支撐力要大（dà）得多。加工的（de）刀路（lù）軌跡如圖4所示。