小批量零件的數(shù)控加工工藝及方法

摘 要：利用立式加工中心，小批量加工一種圓盤狀儀器固定零件。本文詳細(xì)介紹了該零件工藝分析及數(shù)控加工過程，通過設(shè)計、制造專用夾具、選擇加工刀具等方面內(nèi)容，從而提高零件的加工效率。

關(guān)鍵詞：小批量加工；專用夾具；數(shù)控加工；加工效率

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.009

1 零件的結(jié)構(gòu)和工藝分析

該零件為本單位自主研發(fā)的設(shè)備的儀器固定部件。為了能實現(xiàn)儀器快速安裝及穩(wěn)固、耐用的設(shè)計理念，材料采用45鋼，零件的M8mm螺紋孔是與試驗臺的固定孔，直徑?28mm的孔為儀器墊腳的安裝孔，當(dāng)儀器旋轉(zhuǎn)60°時，實現(xiàn)快速安裝。

（1）零件的加工特點分析。零件外圓最大直徑為?220mm，高度為10mm，底面無其他形狀特征，其余特征都在上表面。即零件只需一次裝夾，便可在上表面加工所有特征。

（2）毛坯的選擇。零件形狀為圓板零件，如選擇方形板材作為毛坯，顯然不僅余量多并且不利于批量加工，如選擇圓形板材可以利用車床對零件未加工的底部端面進(jìn)行快速車削。

（3）裝夾方式分析。毛坯無論選擇方形或圓形毛坯，如采用傳統(tǒng)平口鉗或工藝壓板裝夾方式，零件平面、外輪廓都不能一次加工到位，并且在更換毛坯時不能實現(xiàn)快速裝夾、定位，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足批量加工的需求。所以在加工需要設(shè)計一套既能快速定位、減少裝夾次數(shù)的專用夾具。

2 工藝加工解決方案確定

（1）設(shè)計專用夾具。夾具的設(shè)計除了考慮工件在夾具上的定位之外，還要考慮夾具在機(jī)床上的定位，以及刀具相對于夾具的位置。通過零件三維圖，可以看出零件需要加工的特征主要有階梯槽及螺紋孔，各特征位置均都以120°分布。由于槽兩端的直徑在?18～?28mm之間，將螺栓安裝孔設(shè)置在階梯槽兩端的圓心處。由于槽除去的余量較多，位置精度要求不高，且能滿足M12mm的螺栓固定。通過壓塊將工藝板與機(jī)床工作臺進(jìn)行固定后，再將螺栓把毛坯和工藝板進(jìn)行定位及壓緊。

（2）制造專用夾具。夾具采用了300×200×25mm大小的板材作為工藝板，首先對板材進(jìn)行6個面加工，并以零件的階梯槽及螺紋孔的圓心處鉆9個直徑為?10mm的孔，并將圖1所示的階梯槽的6個孔進(jìn)行攻絲。紅色部分為第一次裝夾的螺栓孔，加工時設(shè)置 3 個小于?28mm圓柱的避讓幾何體，避免銑削平面及挖槽開粗時與螺栓進(jìn)行干涉。當(dāng)輪廓及槽的部分毛料銑削完后，再用螺栓套在?35mm的圓型壓片上，安裝在藍(lán)色部分螺栓孔后，再卸下紅色部分的3個螺栓，設(shè)置3個?40mm圓柱的避讓幾何體，再對未加工的槽進(jìn)行加工。

（3）加工毛坯的裝夾及定位孔。由于圓板毛坯厚度不均，兩端面都不平整，厚度誤差在1～3mm之間，為了避免在毛坯鉆孔時，孔的垂直度及位置產(chǎn)生較大的偏差，先利用車床將毛坯兩個端面車削平整，為了能快速找到定位孔的大概位置。采用尺規(guī)方法，裁剪一張與毛坯尺寸一樣的圓形的硬紙板。

3 零件數(shù)控加工工藝過程

（1）設(shè)備選擇及編程軟件。零件加工選用設(shè)備為5臺北京機(jī)電院VMC750E立式加工中心，機(jī)床操作系統(tǒng)是FUNAC OIMC操作系統(tǒng)，該零件的數(shù)控加工程序是用數(shù)控加工軟件UG4.0生成。

（2）刀具及切削參數(shù)選擇。利用加工中心批量加工零件時，選擇合理的刀具類型及刀具長度，確定工件在工作臺上的最佳位置[3]，也要保證加工連續(xù)高效，必須要有剛性好、動平衡佳、排屑性能優(yōu)良、耐磨性好的刀具。該零件的加工是采用飛刀（刀桿+硬質(zhì)合金刀片）、硬質(zhì)合金鉆和整體硬質(zhì)合金刀具綜合運(yùn)用選擇方案。粗加工時需大面積的進(jìn)行大余量的切削，為提高加工效率，可選擇大直徑刀具，如飛刀，注意留有的加工余量要均勻合理。精加工時使用規(guī)格較小一些的整體刀具以減小切削阻力，以防彈刀影響加工形狀、尺寸和精度。選擇精加工內(nèi)形輪廓刀具的尺寸，要小于零件型腔最小轉(zhuǎn)角半徑，這樣有利于在轉(zhuǎn)角處形成圓滑的過渡曲線，避免切削力在轉(zhuǎn)角處突然增大，使刀具折斷。另外，如果刀具切削參數(shù)選擇不當(dāng)，會增加零件的內(nèi)應(yīng)力，加速刀具磨損甚至損壞，加工時間長，效率低，刀具利用率低。

（3）加工工藝工序過程及程序的編制。根據(jù)綜合考慮相關(guān)技術(shù)要求，該工件的具體加工關(guān)鍵工序如下：

a.工序1是平面銑削的程序，程序編制時建立3個直徑小于?28mm圓柱體作為避讓幾何體，避免銑削平面及挖槽開粗時與螺栓進(jìn)行干涉。

b.工序2是鉆預(yù)鉆孔的程序，階梯槽開粗如采用采用斜線下刀方式，?16R0.8mm飛刀與階梯槽之間拐角較小，在切削時不僅噪聲大、容易影響夾具剛性、零件精度和刀具壽命。在階梯槽開粗前，采用?20mm麻花鉆對零件對階梯槽預(yù)鉆工藝孔處理，并將刀具起始點設(shè)置在?28mm槽的圓心上，這樣不僅可以減少抬刀及刀具磨損，還能提高加工效率。

c.工序3是粗銑外輪廓的程序，在裝夾工藝板夾具前應(yīng)檢查毛坯與壓塊之間的距離，是否滿足?16R0.8mm飛刀通過，編制加工程序時刀具的下刀及退刀點不要設(shè)置在壓塊附近，避免刀具在圓弧切入、切出時與壓塊發(fā)生碰撞。

4 總結(jié)

數(shù)控加工中的工藝規(guī)程與夾具設(shè)計具有很多獨(dú)特之處，操作員不僅需要掌握CAD/CAM軟件的應(yīng)用、機(jī)床的操作，更重要的是在零件制造過程中，從毛坯選購、加工工藝分析、工藝夾具設(shè)計制作及數(shù)控加工等方面都是不可忽視的重要環(huán)節(jié)。只有進(jìn)行合理數(shù)控工藝規(guī)劃與數(shù)控編程，才能實現(xiàn)高質(zhì)量高效率的數(shù)控加工。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳小靜，李文星.基于轉(zhuǎn)向節(jié)錐孔加工的夾具及輔具設(shè)計[J].工具技術(shù)，2012，46（06）：33-35

[2]田春霞.工件在加工中心上的定位與夾緊分析[J].機(jī)械制造與研究，2009，38（02）：55-56