數控銑加工精密薄壁零件分析與加工

石 陽 宿華龍 林 云

吉林江機特種工業有限公司 吉林 吉林 132000

引言

數控銑加工精密薄壁零件,振動、夾緊力、切削發熱及內應力等因素,導致薄壁零件形變,使零件在尺寸、位置以及形狀等方面的精度變差。分析數控銑加工精密薄壁零件的加工工藝,尋找解決措施。

1 零件特點及技術要求

零件特點：零件最大外形尺寸120*80*27,是一個長方體的對稱型零件,四面分別切開一個凹形缺口,剩下部位分開兩層臺階。中間部分比較復雜,先是有一個4 mm 高的圓形臺階,臺階的直徑尺寸為￠46 mm 上是一個正五邊形的薄壁,壁厚為0.88 mm,高為6 mm,其最外邊與倒圓角后的五邊形相切,中間部分是一個R4的圓弧曲面,其跨度兩面各一半,且圓弧曲面與上平面相切,最下層有一個倒角2*45,四周分布孔4-￠12,其精度要求高,H7配合是一個比較高的級別。

2 數控銑削加工薄壁零件的工藝與質量分析

2.1 數控銑削加工薄壁零件質量 數控銑削加工由機床、刀具、夾具、零件等構成,幾何誤差、受力變形、受熱變形、振動變形等因素,影響零件的質量。薄壁零件剛度較低,在銑削加工過程中,外力使工件變形。粗加工時,切削力大、溫度高,零件較大形變。控制好工件因為剛度低、毛坯內應力釋放以及裝夾變形、裝卸回彈等因素所導致的形變,保證數控銑加工精密薄壁零件的質量。

2.2 工序安排 本零件毛坯為棒料,Ф220 mm 直徑較大不易裝夾,為便于裝夾先車出定位裝夾基準直徑Ф50,采用Ф220 mm 棒料的外圓柱面為粗基準車削,車Ф85、Ф165、Ф210尺寸并鉆孔Ф29,再以粗車后的外圓柱面和長105兩端面為精基準和定位基準,精車各個輪廓要素,保證車部分Ф160 mm、Ф80mm、Ф30mm 等各個部位的尺寸精度,掉頭以Ф80 mm 為定位基準平頭,保證總長101 mm。鉆孔去余量(因薄壁余量較大又要保證環形齒的有效加工,合理去余量),可采用內外交叉加工法減小變形。銑加工先加工環形齒(利用改進臥銑刀循環加工避免讓刀),其次粗銑薄壁R46.9(因加工讓刀振紋留(0.1～0.2)mm 的加工余量,采用數控銑磨削加工),薄壁保證各部位的尺寸精度和相互位置要求,精銑薄壁1 mm,銑圓弧連接(加工余量大可用宏程序),加工12個R10連接內槽及M4×0.5—6G螺紋(切屑方式由下到上)。最后銑拋薄壁,整體拋光去除毛刺。特殊砂輪磨頭通過編程可進行圓弧磨削提高表面粗糙度,(如平磨只能進行直線平面磨削)。通過以上分析,本零件各主要表面加工方法為：(1)普車加工定位基準。(2)外輪廓主要采用數控車 加 工 完 成 尺 寸 包 括101.1 mm,56.2 mm,20 mm,Ф80 mmФ160 mm 和Ф30mm 孔。(3)環形齒、螺紋、內壁和R10圓弧連接采用數控銑來完成。根據本零件的結構特點和復雜程度,主要加工表面和加工順序安排如下：先車定位裝夾基準一粗車外輪廓鉆孔一精車外輪廓及孔一平端面去余量一銑環形齒一銑薄壁一銑圓弧一最后銑螺紋。輔助工序的種類較多,其中包括檢驗,去毛刺,清洗等。這些工序的位置安排需視工序的具體情況而定。清洗是洗去工件表面及內殘留的細屑,也是為了檢驗工序作準備。最終檢驗主要任務是從零件的內外軸向和徑向尺寸,表面粗糙度,技術要求三個方面對零件進行檢驗,目的是對機械加工的成品尺寸,表面粗糙度,技術要求做鑒定以保證零件的裝配質量。對于本零件來說,銑加工巧妙的利用磨削工具后節省了打毛刺和拋光的工序,只需清洗包裝最終檢驗即可。

3 提高數控銑加工精密薄壁零件質量的措施

3.1 合理選擇加工刀具 合適的加工刀具保證數控銑加工薄壁零件的加工精度和質量,加工部分表面凹陷零件時,在半精加工和精加工環節使用球形刀頭,提升薄壁零件加工的表面質量。粗加工使用平端立銑刀或者是圓角形狀立銑刀。精加工控制粗開刀具的運行范圍,保證工件的圓角半徑＞刀具半徑。粗加工遵循大直徑原則,確保后續的精加工環節有足夠操作空間。

3.2 提高數控銑加工精密薄壁零件工藝剛度 通過增大數控銑加工精密薄壁零件的剛度可以有效的減少在施工生產的過程中造成的裝夾變形和加工變形,對于這一情況可以選擇采用增加壁厚的方式來有效的提升其工件的剛度,作為加固的方法,在實際應用的過程中主要是在內部加工部件中添加一些容易去除的物質,并以此來達到提升工件剛度的最大目的。例如,對于一些澆灌石膏以及低熔點合金等等都可以用于進行加固,但在進行加固的過程中,要特別注意冷卻液的使用,以此來有效的規避冷卻液對固物產生溶解。與此同時,由于數控銑加工精密薄壁零件的制作工藝與其本身的結構是具有一定關聯性的,在工件加工過程中與定位加緊的方式以及裝夾位置等有一定的管理,這就需要在實際工作的過程中增加其精度以及表面的光潔度,以此來提高接觸的剛度,此外,若是采用具有較高彈性模型材料,也可以實現提升數控銑加工精密薄壁零件精度的目的。

結語

針對精密薄壁零件的數控銑削加工方法進行研究,通過對該零件的實際加工,驗證了方法的可行,工藝設計的各種性能滿足生產提出的各項要求。采用合并加工工序的方法,減少設備的使用,縮短了零件的制造周期,對提高薄壁零件的實際加工質量具有重要意義。同時突破傳統的加工方式,采用以銑削代替磨削的加工方法,防止加工過程中的變形,為設備的再次開發,實現薄壁零件的加工開辟一條新的道路。