典型薄壁盤(pán)類零件的工藝方案及數(shù)控加工過(guò)程
2013-5-14 來(lái)源： 作者：
1.數(shù)控加工的工藝分析
(1)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(pán)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(guò)程中如果工藝方案或加工參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，極易變形，造成尺寸超差，零件結(jié)構(gòu)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(shí)效→精車→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。
粗銑：分別在型腔側(cè)面及底面預(yù)留余量1.5mm，并在φ12mm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(chǔ)。
精銑：保證零件的最終要求，是本文論述的重點(diǎn)。
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(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)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φ12mm孔位處預(yù)先加工精加工所需的定位孔。
②精銑型腔高速加工技術(shù)是近年應(yīng)用起來(lái)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(pán)類零件的特點(diǎn)，精加工型腔時(shí)選用高速加工。
?、鄱ㄎ豢椎募庸?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(shí)將其鏜削為φ6H8;φ12mm孔由數(shù)控銑床鉆、鉸至φ12H8。
(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φ6mm及φ12mm孔作為定位孔，做簡(jiǎn)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?jiàn)A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(jiàn)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(wú)須畫(huà)出實(shí)體，只需按1：1正確畫(huà)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。
(2)設(shè)備的選擇精加工型腔選用加工中心設(shè)備：德國(guó)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1200mm×1000mm×800mm，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。詈穸葍H為2mm，型腔深，為27mm，為防止零件變形，只能選用小規(guī)格刀具，較小的加工速度，并進(jìn)行多次時(shí)效，加工周期很長(zhǎng)，所以此次加工選用了適合高速加工的數(shù)控設(shè)備。
(3)刀具的選擇根據(jù)零件材料，選擇國(guó)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(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)該刀具非常適合鋁材的高速加工。對(duì)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。
3.加工中心精銑削過(guò)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φ14mm的立銑刀。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：選用Pocket—Parallel，Spiral，clean Cor-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
(2)側(cè)面加工刀具規(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φ8mm的立銑刀(拐角為R5mm)。裝刀時(shí)，刀具盡可能縮短伸出長(zhǎng)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(kāi)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)?，?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(duì)而言支撐力要大得多。加工的刀路軌跡如圖4所示。
圖4
加工操作完成后，選擇HEIDENHIN后置處理，生成NC程序，用網(wǎng)線傳到機(jī)床。
4.結(jié)束語(yǔ)
該零件采用此種方式加工，既保證了加工質(zhì)量，相對(duì)于傳統(tǒng)的數(shù)控加工而言，又使生產(chǎn)周期縮短了一半，大大提高了生產(chǎn)效率，本文也可以為同行加工同類零件提供一些參考。
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