典型薄壁盤類零件的工藝方案及數控加工過程
近年來，隨著數控技術的發展，性能良好的加工中心設備使許多零件的加工更為方便。利用這些設備如何能地加工出更為的零件，已成為企業關心的問題。本文以典型薄壁盤類零件為例，基于近年應用起來的高速加工制造技術的優勢，利用工廠現有的數控設備，積極探索出加工該類零件的較好的工藝方案及數控加工過程。
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。
（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zui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*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。
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zui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，*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。
（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*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。
加工操作完成后，選擇heidenhin后置處理，生成nc程序，用網線傳到機床。
4.結束語
該零件采用此種方式加工，既保證了加工質量，相對于傳統的數控加工而言，又使生產周期縮短了一半，大大提高了生產效率，本文也可以為同行加工同類零件提供一些參考。
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（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。
（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zui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*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。
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