鍵帽類零件數控加工方法

華團林 趙 鵬

（陜西凌云電器集團有限公司，陜西 寶雞 721006）

在市場化經濟中，新產品的開發是企業賴以生存和發展的根本，是推動企業不斷進步的源泉。隨著新產品的不斷研制，各種電子設備對鍵帽類零件需求越來越多，該類零件具有外形小、曲面復雜的特點，給生產加工帶來一系列的困難。如圖1所示，是為某型機載電子檢測設備開關上的按鍵，也叫鍵帽。由于檢測設備數量不多，且處于研制階段，所以在制定工藝方案時以數控加工為主。

試制過程中，我們初步確定了如下工藝流程：按圖1要求，鍵帽的最大厚度為6.5mm，故毛坯料選用11mm厚的條料；根據鍵帽的長寬尺寸，每個條料上可以排列6個零件。具體的加工流程是：將此條料用壓板壓在機床臺面上，先加工曲面部分，然后翻面用虎鉗裝夾再加工7.7×7.7方腔，最后由線切割統一割斷成形。選擇11mm厚的條形材料，主要是考慮要留夠加工余量，同時考慮到裝夾方式、在加工方腔中的4-R1時所用的φ2立銑刀刀刃長度問題。根據零件的幾何形狀，背面方腔及正面粗加工選用二維模組中的外形銑削加工方法；正面輪廓模型為凸形，且側壁有錐度，選用三維曲面加工中的平行式銑削加工方法進行加工；加工過程中采用φ5球頭刀銑削外表面。為了能使零件曲面完全表現出來，在板厚方向留2mm的余量，使6個零件仍連在一起。然后翻面，用虎鉗裝夾加工7.7×7.7方腔。

在加工過程中，發現毛坯料發生變形，使7.7×7.7方腔和4-R1都出現較明顯的偏差。同時后續線切割工序的加工也受到影響，出現四邊不對等的情況。此外，編程時對曲面采用的平行式走刀加工的表面也沒有達到圖紙要求的粗糙度3.2。零件加工完成后進行首檢，結論為不合格，主要問題為鍵帽的正面輪廓模型中心與背面方腔中心不重合，表面粗糙度差，達不到圖紙要求。

首次試制結果不理想，造成不合格的主要原因是加工過程中毛坯料變形。造成變形的原因有兩方面：一是毛坯厚度余量不足，在加工反面時僅有2mm的連接端面，剛度差；二是工藝流程不合理。造成表面粗糙度差的原因與編程時走刀方式和加工參數有關。針對分析的原因，采取了如下調整措施，具體為：

（1）改變毛坯厚度。通過第一次試驗加工發現，曲面加工深度達到8.5~9mm時，其形狀就可完全顯現。針對第一次加工方案中出現的變形問題，經分析確認，材料厚度增加2mm，即從11mm增加到13mm最為合適，這樣在加工第二個面時就至少有4mm的連接端面。連接處強度增加，變形問題就可以很快得到解決。但同時厚度的增加會帶來一個新問題，那就是零件背面方腔中4-R1的加工難度增大。因零件底厚為2mm，則意味著方腔的加工深度要達到11mm，而φ2立銑刀清角時刀刃長度只有9mm。針對該問題，可采用背面開槽的方法，即在需加工方腔上方，增加 10×10（4-R2.5）深 6 的方孔臺階，那么，φ2立銑刀（刀桿φ6）清角時刀桿和腔壁即可讓開，這樣就達到了方腔徹底清角的目的。

（2）調整加工順序。先加工背面方腔，再加工正面外形輪廓。在加工背面方腔時，由于厚度加大了2mm，所以整個條料幾乎沒有變形，關鍵尺寸7.7×7.7方腔精度可以得到保證，其次在加工第二面時，各零件連接處厚度是從13到4逐漸減小，零件不容易變形。

（3）改變裝夾方式。兩面裝夾均采用虎鉗裝夾，與第一次方案相比，本次將材料加厚，余量增加，使兩面加工時都可用虎鉗夾裝，可靠性和裝夾效率得到提高。

（4）改變編程走刀方式。加工完方腔后開始翻面加工曲面，變平行式走刀為等高式走刀，這樣的走刀方式其優點在于它是按等高線分層加工，刀具在整個加工過程中，受力均勻，切削平穩，能達到較高的表面粗糙度要求。編程時，編制等高式三維曲面刀具路徑，設置切削方向公差為0.05mm，設置封閉外形為順銑，開放式外形為單向銑削，設置間隙選“移動量小于容許間隙不提刀的設定”為平滑，設置邊界，選“刀具在曲面邊界走圓角”的所有曲面邊界走圓角。

（5）調整加工參數。第一次試驗的加工刀具及切削用量的參數為：背面方腔采用φ5鍵槽銑刀加工，方腔4-R1用φ2立銑刀清角，正面粗加工用φ5鍵槽刀去周邊余量，精加工時選用φ5硬質合金球頭刀，精加工時底部周邊留0.2mm銑削余量，粗加工時主軸轉速S=1500R/min，進給速度VF=100mm/min，精加工時主軸轉速S=1500R/min，進給速度VF=100mm/min。此次對參數調整主要在精加工階段，為了提高表面精度，將主軸轉速提到到S=4000R/min，進給速度提到到VF=380mm/min。

經過以上調整后，對鍵帽重新進行試生產加工，檢驗結果表明，零件尺寸、粗糙度等均符合圖紙要求，達到了預期目的，此加工方法在其他類似產品中得以推廣。

通過此次試驗，總結了對鍵帽類零件數控加工的基本規律：三維曲面加工的切削方式是零件表面質量的重要因素，要根據加工對象的曲面特征及刀具特性等進行合理的選擇。合理地確定零件的加工順序和加工余量，可以減小零件在加工過程中的變形；合理地選擇刀具和切削參數，可減小零件加工中的變形，提高加工精度，并改善其加工表面的粗糙度。

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