對鋁合金護角零件數控加工的研究與探討

謝 波，趙 芳

（1.廣東開放大學/廣東理工職業學院，廣東 廣州 510091；2.中山市中等專業學校，廣東 中山 528458）

鋁合金護角零件是使用在鋁合金旅行箱上的護角，旅行箱要求輕巧，方便攜帶，并具有一定的強度，故采用鋁合金材質。護角主要功能是保護箱體邊角及安裝萬向腳輪，在旅行箱中屬于聯結萬向腳輪和保護箱體的作用，是旅行箱中最容易發生破壞的部位，護角質量的好壞關系著整個旅行箱的質量的好壞。該零件是某公司在進行鋁合金旅行箱前期設計開發時期，做樣板和小批量生產試做時期，采用數控加工方法完成。利用數控銑床完成該零件的數控加工，需要對其本身結構特點及加工工藝、加工過程進行一番研究與探討。

1 零件工藝分析與選擇

數控加工一般有以下幾步：（1）加工圖紙分析；（2）零件加工路線的選擇、工藝參數、定位、裝夾夾具的確定；（3）編寫程序并輸人數據完成該編程[1][2]。

1.1 零件圖紙分析

（1）零件特點：如圖1所示，該零件為旅行箱的護角，材料為鋁合金，最大外形為66 mm×66 mm×33 mm，為弧形零件，壁厚為2 mm，為薄壁零件。需要加工的地方有R21外弧面、外弧面處的￠10.2內孔、￠10.2內孔上面的臺階、內弧面、內弧面型腔、7個小孔。零件外邊沿一圈需要倒角處理，避免零件尖角傷手。其中外弧面、內弧面型腔表面粗糙度要求為Ra6.3.

（2）技術要求：所有表面粗糙度要求Ra6.3；零件表面無缺陷，圓角部位無殘料；未注公差按IT13；內腔倒角R3；棱邊倒角C1；零件小批量生產。

圖1 零件圖

1.2 加工零件分析

根據圖紙而確定毛坯，零件的長×寬×高分別為66 mm×66 mm×33 mm，可選擇大小為75 mm×75 mm×35 mm的毛坯。旅行箱采用鋁合金材質，要求輕巧，方便攜帶，并具有一定的強度。零件壁厚為2 mm，壁厚薄可以減輕重量，節約材料，使結構更緊湊。￠10.2內孔和內弧面型腔處于不同坐標系平面，無法一次裝夾同時加工，需要加工完一部分后，將零件翻轉裝夾，進行二次加工另一部分。

1.3 加工需要考慮的問題

（1）加工工藝路線確定；（2）加工過程變形問題。在銑削加工過程中，由于零件壁厚只有2 mm，弧面多，加工時不易裝夾，裝夾不緊工件容易松動，使零件的形位誤差增大，加工精度無法保證；裝夾過緊零件壁容易變形，使零件報廢。且零件較薄，剛性相對差，強度弱，在加工中受刀具的切削力作用也會變形。

1.4 加工工藝分析

針對該零件生產類型為小批量，加工復雜類型產品，曲面弧面多，利用數控銑床，零件中大部分地方為2 mm厚度的薄壁，確定加工工藝路線：利用側面裝夾方式定位，粗加工定位基準面→粗、精加工內角型腔，加工￠4.5小孔，加工內角型腔R3圓角→利用靠模夾具定位，粗、精銑內孔上臺階，R21弧形外端面，￠10.2內孔，加工￠4.5小孔→利用靠模夾具定位，改變裝夾方向，加工圓弧面倒角，加工￠4.5小孔→加工完成，終檢，如圖2所示。

圖2 零件加工工藝流程圖

1.5 夾具分析

此零件由于壁厚較薄，弧面多，設計專用夾具可簡化裝夾，方便加工[1][3][4]。加工1、2步基準和內弧面型腔時，可采用側面裝夾方式對工件進行裝夾，此時外弧面還沒有加工，裝夾穩定，還存在加工余量，裝夾工件壁面不會造成工件變形。一起完成型腔R3圓角加工和3×￠4.5孔加工，圖3所示。

圖3 內型腔加工完成示意圖

加工完成后，第3步為銑外弧面及外弧面臺階，內孔。通過設計靠模夾具，將零件靠在夾具上，并充分利用零件上的孔，通過借助擰螺絲把工件固定，并將夾具固定在銑床上，解決裝夾困難問題，如圖4所示。

圖4 外弧面加工完成示意圖

第4步，加工外弧面倒角，同樣利用做好的靠模夾具，將工件固定在夾具上，加工平面和倒角，最后完成工件的加工。

通過合適的零件加工順序，并設計靠模夾具，充分利用工件上的孔來固定工件，解決了不好裝夾、裝夾過緊會使零件變形和加工薄壁時零件薄壁變形等問題，該方法的裝夾比較方便，加工薄壁時候零件變形量小，容易達到零件精度要求。

2 加工工藝的確定

2.1 加工工藝分析及刀具選擇

零件表面粗糙度要求Ra6.3，加工整體思路是先粗加工、然后精加工，之后鉆孔加工。采用大刀開粗，小刀清除大刀留下的殘料面，大刀光刀，再小刀光刀的切削思路；對于薄壁部位，需特殊處理，切削量盡量小些，采用多次切削原則，減少刀具對薄壁的壓力，避免薄壁變形。本工藝設計中刀具的選擇如下表1所述。

表1 刀具選擇

2.2 切削用量選擇

該零件材料切削性能較好，銑削平面、外輪廓面時，留0.2~0.3 mm精加工余量，完成粗銑。主軸轉速的確定：先查切削用量手冊，硬質合金銑刀加工鋁合金材料時的切削速度為V=360~600 m/min，主軸轉速N=1 000 V/3.14*D（D為刀具直徑，V為銑削速度），然后根據銑刀直徑計算主軸轉速并按照經驗并填入工序卡中。進給率的確定：根據銑刀齒數、主軸轉速和切削用量手冊中給的每齒進給量，F=Fz*N*Z[1]（F為刀具的切削速度m/min，Fz為刀具的每齒進給量mm/r，查表在0.15~0.38 mm/Z，Z為刀具的齒數，N為主軸的轉速r/min）。計算進給速度并按經驗并填入工序卡片中。背吃刀量的選擇應根據加工余量確定：粗加工時，一次進給應盡可能多切除余量。在中等功率的機床上，背吃刀量可達8~10 mm.半精加工時，背吃刀量取為0.5~2 mm.精加工時背吃刀量取為0.1~0.3 mm.對于薄壁零件可以適當減小。

2.3 制定數控切削加工工序卡

把零件加工順序、所采用的刀具和切削用量等參數編入表2所示的加工工序卡中以指導編程和加工操作。數控加工工序卡如表2所列。

表2 數控加工工序卡表

3 零件加工效果分析

根據以上分析的工藝進行零件的數控編程，完成該零件的加工。可以得到如下的加工效果分析：

（1）通過實際加工和試切，重點解決了零件加工過程中裝夾困難，精度誤差大、變形、廢品率高等問題，零件精度滿足要求，提高了產品質量。

（2）合理的制定工藝路線和選擇刀具，減少裝夾和換刀，使加工時間大大縮短.從而達到降低成本，提高了效率。

4 結束語

本文以鋁合金護角實例分析闡述了數控加工中工藝確定、工裝夾具設計等過程，指明要想更加高效、準確、精密的加工加工零件，需要不斷的對數控機床、加工工藝、工裝夾具等進行不斷研究、探索與改進。

[1]王增杰.華中系統數控銑工/加工中心操作工技能訓練[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[2]徐新勝，方水良，顧新建.面向定制產品的數控程序設計[J].計算機集成制造系，2006，12（12）：1939-1945.

[3]徐昌鴻，張樹生，王洪申.一種面向多局部結構數控工藝重用的工藝方案優化[J].西北工業大學學報，2016，34（6）：1004-1010.

[4]馬曉君.門五金件安裝孔槽數控加工關鍵技術的研究[D].哈爾濱：東北林業大學，2012.