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典型薄壁盤類零件的工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)零件的結構特點該零件材料為硬鋁LY12，其切削性能良好，屬于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為2mm，型腔深度為27mm。該零件在加工過程中如果工藝方案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：分別在外圓及端面預留1.5mm精加工余量，并預鉆中心孔。

　　粗銑：分別在型腔側面及底面預留余量1.5mm，并在φ12mm孔位處預鉆工藝孔。

　　時效：去除材料及加工應力。

　　精車：精車端面、外圓并鏜工藝孔φ6mm，要求一次裝夾完成，以便保證同軸度，為后序加工打好基礎。

　　精銑：保證零件的最終要求，是本文論述的重點。

　　①粗銑型腔粗加工主要是去除大余量，并為后序精加工打好基礎，所以加工型腔時，選擇低成本的普通數控銑床加工。該工序要求按所示零件結構圖加工出內形輪廓，圓弧拐角為R5mm，所留精加工余量均勻，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定位孔。

　　②精銑型腔高速加工技術是近年應用起來的制造技術。在高速切削加工中，由于切削力小，可減小零件的加工變形，比較適合于薄壁件，而且切屑在較短時間內被切除，絕大部分切削熱被切屑帶走，工件的熱變形小，有利于保證零件的尺寸、形狀精度;高速加工可以獲得較高的表面質量，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須先將其加工到位。中心孔φ6mm在車工精車外圓φ301.5mm時將其鏜削為φ6H8;φ12mm孔由數控銑床鉆、鉸至φ12H8。

　　(3)精加工型腔時零件的定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，所以此次加工采用一面兩銷的定位方式。以零件上已經存在的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位元件。由于該零件屬于薄壁件，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。其具體定位與裝夾示意圖見圖2。此裝夾方式完全符合加工中心的特點，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基于軟件MasterCAM生成的。該軟件無須畫出實體，只需按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成用于加工的程序。

　　(2)設備的選擇精加工型腔選用加工中心設備：德國HERMLE(悍馬)C1200U，該設備的操作系統是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備進行加工，但因為壁薄，筋厚度僅為2mm，型腔深，為27mm，為防止零件變形，只能選用小規格刀具，較小的加工速度，并進行多次時效，加工周期很長，所以此次加工選用了適合高速加工的數控設備。

　　(3)刀具的選擇根據零件材料，選擇國產的鑲齒硬質合金立銑刀，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材的高速加工。對具體的參數選擇，需要在實際切削中摸索，發現合適速度，當然還要參考廠家的資料。

　　3.加工中心精銑削過程

　　該型腔的銑削加工分兩步進行，分別為底面和側面加工，先底面，后側面。數控程序的中心設在工件外圓圓心，安全高度在零件表面上方50mm處。

　　(1)底面加工刀具規格：選用φ14mm的立銑刀。下刀方式：采用螺旋下刀，可以改善進刀時的切削狀態，保持較高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(平行環繞并清角)方式，從內到外，三個型腔分別加工，可以減少提刀，提升銑削效率。

　　加工時按順銑方式，將底面1.5mm的加工余量分兩次完成，第一刀背吃刀量1.4mm，刀路重疊50%，轉速8000r/min，進給速度1400mm/min;精加工時，背吃刀量0.1mm，轉速升至12000r/min，進給不變，底面的表面質量非常好。其刀路軌跡如圖3所示，由里向外逐步擴展，與外形相似，刀路平順、柔和，盡量減少劇烈變化，以免引起機床振動。注意：精加工底面時，給側面預留了3mm余量，以免銑到側面時吃刀量增大。

圖3

　　(2)側面加工刀具規格：為防止在拐角處走刀路徑突然改變而導致沖擊力太大，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，保證零件的表面質量。

　　走刀方式：選用Contour(外形銑削)方式。加工時，按Z軸分層并以順銑的方式進行，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2mm。注意：不可一個型腔銑削后再銑削下一個型腔。因為，當第一個型腔加工完后，內部筋的壁厚只剩3.5mm，而加工下一個型腔時，內部筋的切削量將是1.5mm，這會導致局部支撐力變小，工件容易受切削力的影響而變形;若三個型腔同時逐層向下銑削時，筋的壁厚是5mm，相對而言支撐力要大得多。加工的刀路軌跡如圖4所示。