殼體類零件數控高效加工工藝技術研究

高佐彬 王松

【摘 要】箱體類零件一般是指具有一個以上孔系，內部有型腔，在長、寬、高方向有一定比例的零件。這類零件在機床、汽車、飛機制造等行業用的較多。箱體類零件一般都需要進行多工位孔系及平面加工，公差要求較高，特別是形位公差要求較為嚴格，通常要經過銑、鉆、擴、鏜、鉸、锪、攻絲等工序，需要刀具較多，在普通機床上加工難度大，工裝套數多，費用高，加工周期長，需多次裝夾、找正，手工測量次數多，加工時必須頻繁地更換刀具，工藝難以制定，更重要的是精度難以保證，因此箱體類零件一般都在數控加工中心上進行，以提高產品的精確度。

【關鍵詞】殼體類零件；數控高效加工；工藝技術

1殼體類零件裝夾時需注意的問題

殼體鑄件毛坯尺寸和表面形狀允差小，以保證加工余量均勻，殼體零件硬度變化范圍小，以保證刀具壽命穩定，保證精加工的質量（尺寸精度、表面粗糙度等）穩定。有時因為在加工中心上裝夾的需要，還要在殼體上預作出工藝凸臺、工藝平面。殼體類零件一般以“一面兩銷”方式裝夾，還應做到：

1.1選用精基準定位，以減少定位誤差。

1.2盡量與設計基準重合，以減少基準不重合產生的定位誤差。

1.3所選定位基準應盡量減少隨設備的不同而帶來的變化（臥式加工中心、立式加工中心、普通設備）。

1.4所選基準應有利于夾具結構的通用化，能有效減少殼體在夾具上的安裝誤差。

1.5能使得夾具夾緊機構簡單、穩定。

1.6應使殼體露出盡可能多的加工面，以便于實現多面加工，利于保證加工面間的相對位置精度和技術要求，且減少加工設備的數量。

1.7殼體往往較大、較重，所選定位基準應使所加工的零件盡可能多露出加工面，以便實現多面加工，以確保加工面間相對位置精度。

2擬定工藝流程應遵守的原則

2.1正確選擇各加工面的工藝方法和工步數。

2.2合理確定工序間余量。

2.3先面后孔，先加工定位基準面，再加工其余面和孔。

2.4粗精加工分開，先粗后精，對于同一加工表面的粗精加工工步在加工時應拉開一段時間，以避免切削熱、機床振動、殘余應力以及夾緊力對精加工的影響。重要表面的粗加工工序應盡可能提前，以利于及時發現和剔除廢品。

2.5工序的適當集中與合力分散相結合：（1）工序集中可提高加工效率，減少設備數量，簡化生產現場加工系統的結構；（2）將殼體零件的有相互位置精度要求的加工表面在加工中心一個工位加工出來；（3）加工中心上工序集中一般采用多刀、多軸、多面或多工件同時加工；（4）加工中心工序集中的程度以保證殼體加工精度，加工時不超出加工中心的性能范圍，不得使數控刀具調整和更換過于困難；（5）工序分散能簡化數控刀具的結構，使得加工中心便于調整、維護、操作，也有利于平衡限制工序加工節拍，提高加工中心的利用率。工序適當單一化，鏜大孔、攻螺紋等工序無需集中在同一加工中心上，攻螺紋可在專門的鉆削中心上進行。

3高速銑削加工主要工藝原則

3.1粗加工工藝原則。大部份材料在粗加工中去除。表面質量和輪廓精度沒有什么要求。在這里，刀具磨損是嚴重的，等量切削的條件很難達到。最重要的是讓機床平穩、協調地工作，避免急劇的切削方向改變。

粗加工高速切削條件如下：（1）刀具總是用5°的傾角，以螺旋或傾斜方式進入工件材料；（2）進給率和機床轉速之比應該達到最佳，它與刀具材料和工件材料有關，同時，還取決于機床和CNC系統的能力；（3）要避免突然改變方向，即使在減少進給量或刀具停止時也要避免。另外，如果進給量一下變為零，將會引起刀具和工件之間的磨擦增大，可能減少刀具壽命，或者在嚴重情況下，會造成刀具的立即損壞（由于產生過渡的熱）；（4）為了平穩從容地加工硬化了的材料，徑向進刀量不得大于6%～8%的刀具直徑，深度進給量最大不超過5%的刀具直徑。

3.2半精加工工藝原則：半精加工的目的是把前道工序加工后的殘留加工面變得平滑，同時去除拐角處的多余材料，在工件加工表面留下一層比較均勻的余量，為精加工的高速銑做準備。決不能忽視半精加工，否則會造成表面質量、輪廓精度、刀具壽命的降低。

半精加工高速切削條件如下：（1）避免急劇的銑切運動；（2）為避免過切，刀具直接下沉到下一個切削平面（層間距離較小），不可采用螺旋或斜坡進刀）；（3）徑向進刀量小于6%～8%的刀具直徑；（4）滿足等量切削條件。

半精加工常采用以下兩種方法（以銑削為例）：一是“剩余材料銑切”。它是用一把較小的刀具切削那些材料殘留區域，該區域是前一把大的刀具加工留下來的，剩余材料銑切能自動識別這些材料殘留區域。二是“Z向分層螺旋式銑切”，該方法讓刀具沿Z向螺旋下降進行加工，它能避免突然的尖銳的刀具運動。

4高速銑削常見工藝問題處理

順銑時，切削力的方向從刀具指向工件，工件受壓；逆銑時，切削力的方向從工件指向刀具，工件受拉。一般來說，逆銑加工能優化切削效率，順銑加工能產生較好的表面質量。一般而言，粗加工以順銑為主，可減少刀具磨損。盡管順銑有不必要的刀具空程運動，但移動速度的提高足以彌補該損失。切削厚度小于0.3mm時，可安全組合順、逆銑進行加工。加工剛性較小的薄壁結構件時，應使用順銑。

分層銑削是高速銑經常采用的一種方法，分層銑削能控制切削載荷均勻，在粗加工中非常適用。對分層銑削的要求如下：

應在一個操作中完成多層的切削；在一個操作中完成多個區域加工；薄壁零件要用分層銑削；采用層間進刀，進刀方式可用直線、圓弧、螺旋等；保持刀具與工件持續的接觸。

盡量采用螺旋線、圓弧或斜線方式進退刀，小的下傾角，圓滑過渡；對多層切削，要用層間進退刀，減小進退刀的相對高度。

進退刀可采用：斜線進退刀、按外形進退刀、螺旋進退刀。在精加工時，避免在工件表面上進刀，最好在工件外部進刀。

螺旋走刀方式是一種保證切削載荷均勻最有效的方法之一，它只有一次進退刀，整條刀位軌跡連續不斷切削路徑的方向變化平穩，適合高速銑的輪廓加工。對外型和型腔均可采用，可以達到較高的效率。

刀具路徑的優化包括：和并或消除那些零碎的短的刀位軌跡，合理安排切削區域的加工順序，減少進退刀的次數及空刀移動的距離。在保證零件公差要求的前提下，盡可能減少程序段數。

當零件帶有縫隙時，生成的刀位軌跡不連續。采用合適的融合距離，使這些不連續的刀位軌跡連成一體，消除了頻繁的進退刀和加工隱患。融合距離――用于限制小的不連續的刀具運動，或消除刀位軌跡中的有害的縫隙，當進刀退刀距離小于合并距離時，兩個刀軌合并。

最小軌跡長度的設定：用于限制短的刀位軌跡的產生，如果切削移動的距離小于給定的最小軌跡長度，則不產生刀位軌跡。

在刀位路徑中，要減少和避免全刀寬切削，從而提高進給速度，且減少刀具的磨損和損傷。

刀位軌跡的橫向過渡有以下幾種：（1）抬刀式過渡。為了避免行間過渡時方向急劇變化和全刀寬切削，可用抬刀過渡：“高爾夫球桿”式過渡、抬刀到安全平面過渡；（2）各種過渡方式。包括：不延伸過渡、線性延伸過渡、圓弧延伸過渡、線性加圓弧延伸過渡；（3）步距間圓弧過渡。

5 結束語

結合自身從事多年數控加工及制造的工作經驗，歸納總結了上殼體零件加工工藝的編制本文最重要的內容就是確定加工速度和加工切削量，要考慮在轉彎處用多少的速度，在不同的材料用多大的切削量，這些都是工藝方面的知識，都是長期的經驗積累。掌握正確的切削用量，對保證加工質量、提高生產率、獲得良好的經濟效益，都有著重要的意義。可為企業生產廠家使用及高校教學，提供有價值的參考建議。

參考文獻：

[1]劉雄偉.數控加工理論與編程技術[M].北京：機械工業出版社，2000.

[2]王衛兵.數控編程100例[M].北京：機械工業出版社，2004.

[3]張秀玲，等.數控加工技師手冊[M].北京：機械工業出版社，2005.

（作者單位：1長城汽車股份有限公司；

2長城汽車股份有限公司）