典型薄壁盤類零件的工藝方案及數(shù)控加工過程

1、典型薄壁盤類零件的工藝方案及數(shù)控加工過程2008-10-13來源：中國機(jī)床商務(wù)網(wǎng)近年來，隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，性能良好的加工中心設(shè)備使許多零件的加工更為方便。利用這些設(shè)備如何能高效地加工出更為優(yōu)質(zhì)的零件，已成為企業(yè)關(guān)心的問題。本文以典型薄壁盤類零件為例，基于近年應(yīng)用起來的高速加工制造技術(shù)的優(yōu)勢，利用工廠現(xiàn)有的數(shù)控設(shè)備，積極探索出加工該類零件的較好的工藝方案及數(shù)控加工過程。數(shù)控加工的工藝分析零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(jié)構(gòu)，外形尺寸較大，周邊及內(nèi)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(shù)設(shè)置不當(dāng)，極易變形，造成尺

2、寸超差，零件結(jié)構(gòu)如圖1所示。B-B圖1零件結(jié)構(gòu)示意圖（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：毛坯一粗車一粗銑一時(shí)效一精車一精銑。粗車：分別在外圓及端面預(yù)留1.5mm精加工余量，并預(yù)鉆中心孔。粗銃：分別在型腔側(cè)面及底面預(yù)留余量1.5mm,并在屮12mm孔位處預(yù)鉆工藝孔。時(shí)效：去除材料及加工應(yīng)力。精車：精車端面、外圓并鏜工藝孔屮6mm,要求一次裝夾完成，以便保證同軸度,為后序加工打好基礎(chǔ)。精銑：保證零件的最終要求，是本文論述的重點(diǎn)。粗銃型腔粗加工主要是去除大余量，并為后序精加工打好基礎(chǔ)，所以加工型腔時(shí)，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(gòu)

3、圖加工出內(nèi)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屮12mm孔位處預(yù)先加工精加工所需的定位孔。精銃型腔高速加工技術(shù)是近年應(yīng)用起來的制造技術(shù)。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(shí)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(zhì)量，加工周期也大大縮短所以結(jié)合該類薄壁盤類零件的特點(diǎn)，精加工型腔時(shí)選用高速加工。定位孔的加工該零件精加工選用中心孔屮6mm及屮12mm孔作為定位孔,所以精加工型腔前必須先將其加工到位。中心孔屮6mm在車工精車外圓屮3

4、01.5mm時(shí)將其鏜削為屮6H8；屮12mm孔由數(shù)控銃床鉆、鉸至屮12H8。（3）精加工型腔時(shí)零件的定位與裝夾為了使工件在機(jī)床上能迅速、正確裝夾，而且在加工一批工件時(shí)不必逐個(gè)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(jīng)存在的（p6mm及（p12mm孔作為定位孔，做簡易工裝，該工裝采用一個(gè)圓柱銷和一個(gè)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(shí)，壓板應(yīng)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(yīng)適當(dāng)，以防破壞工件的定位或使工件產(chǎn)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(diǎn)，一次裝夾可以完成型腔及所有

5、孔的加工。加工型腔的數(shù)控加工程序總方案編程軟件該零件的數(shù)控加工程序是基于軟件MasterCAM生成的。該軟件無須畫出實(shí)體，只需按1：1正確畫出要加工的輪廓線，選擇適當(dāng)?shù)膱D形和參數(shù)即可生成用于加工的程序。設(shè)備的選擇精加工型腔選用加工中心設(shè)備：德國HERMLE(悍馬)C1200U,該設(shè)備的操作系統(tǒng)是HEIDENHIN(海德漢)，其性能指標(biāo)為：主軸最高轉(zhuǎn)速18000r/mm，快速移動(dòng)30000mm/min，行程1200mmX1000mmX800mm，響應(yīng)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(jìn)行加工，但因?yàn)楸诒?，筋厚度僅為2mm，型腔深，為27mm，為防止零件變形，只能選用小規(guī)格刀具，

6、較小的加工速度，并進(jìn)行多次時(shí)效，加工周期很長，所以此次加工選用了適合高速加工的數(shù)控設(shè)備。刀具的選擇根據(jù)零件材料，選擇國產(chǎn)的鑲齒硬質(zhì)合金立銑刀，雙刃，大螺旋角，刃前空間大，耐磨，成本低。經(jīng)過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)該刀具非常適合鋁材的高速加工。對具體的參數(shù)選擇，需要在實(shí)際切削中摸索，發(fā)現(xiàn)合適速度，當(dāng)然還要參考廠家的資料。加工中心精銑削過程該型腔的銑削加工分兩步進(jìn)行，分別為底面和側(cè)面加工，先底面，后側(cè)面。數(shù)控程序的中心設(shè)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(guī)格：選用014mm的立銃刀。下刀方式：采用螺旋下刀,可以改善進(jìn)刀時(shí)的切削狀態(tài)，保持較高的進(jìn)刀速度和較低的切削負(fù)荷。走刀方式：選

7、用PocketParallel，Spiral，cleanCor-ners(平行環(huán)繞并清角)方式，從內(nèi)到外，三個(gè)型腔分別加工，可以減少提刀，提升銑削效率。加工時(shí)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(zhuǎn)速8000r/min,進(jìn)給速度1400mm/min；精加工時(shí)，背吃刀量0.1mm，轉(zhuǎn)速升至12000r/min，進(jìn)給不變，底面的表面質(zhì)量非常好。其刀路軌跡如圖3所示，由里向外逐步擴(kuò)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(jī)床振動(dòng)。注意精加工底面時(shí)，給側(cè)面預(yù)留了3mm余量，以免銑到側(cè)面時(shí)吃刀量增大。圖3型腔底面刀路軌跡（2）側(cè)面加

8、工刀具規(guī)格：為防止在拐角處走刀路徑突然改變而導(dǎo)致沖擊力太大，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，此次選用（p8mm的立銑刀（拐角為R5mm）。裝刀時(shí)，刀具盡可能縮短伸出長度，以保證高速加工時(shí)的刀具強(qiáng)度。進(jìn)、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(shí)產(chǎn)生的接刀痕，保證零件的表面質(zhì)量。走刀方式：選用Contour（外形銑削）方式。加工時(shí)，按Z軸分層并以順銑的方式進(jìn)行,轉(zhuǎn)速10000r/min,進(jìn)給速度1000mm/min,三個(gè)型腔同時(shí)逐層向下銑，每次背吃刀量為2mm。注意：不可一個(gè)型腔銑削后再銑削下一個(gè)型腔。因?yàn)椋?dāng)?shù)谝粋€(gè)型腔加工完后，內(nèi)部筋的壁厚只剩3.5mm，而加工下一個(gè)型腔時(shí)，內(nèi)部筋的切削量將是1.5mm，這會(huì)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(shí)逐層向下銑削時(shí)，筋的壁厚是5mm，相對而言支撐力要大得多。加工