高頻波導(dǎo)零件少無毛刺加工新方法研究

陳閏祥 陳雷 陳言閂

摘要：針對(duì)生產(chǎn)中波導(dǎo)內(nèi)腔無毛刺的工藝要求，提出通過合理選用加工工藝參數(shù)的方法抑制毛刺產(chǎn)生，增加去刺路徑實(shí)現(xiàn)無毛刺;通過運(yùn)用有限元切削仿真軟件分析切削加工過程及正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，合理減少試驗(yàn)次數(shù)，找到了40倍顯微鏡下無毛刺的加工工藝方法。

關(guān)鍵詞：波導(dǎo)腔切削加工;少無毛刺;控制技術(shù)

研究背景

高頻波導(dǎo)內(nèi)腔的微觀毛刺會(huì)直接導(dǎo)致駐波增大;該高頻精密零件，內(nèi)腔復(fù)雜，尺寸小而精度高，表面粗糙度要求優(yōu)于Ra0.8，工藝要求在40倍顯微鏡下無毛刺，主要表現(xiàn)為復(fù)雜的內(nèi)腔棱邊及通腔上下棱邊無毛刺且不能有倒角。

使用常規(guī)方法加工，鉗工在40倍顯微鏡下，使用專用工具鏟除內(nèi)腔毛刺，部分腔的棱邊出現(xiàn)了明顯的倒角，由于手工去刺不可避免的產(chǎn)生了劃痕，達(dá)不到工藝要求。

其他去毛刺的方法還有磁力研磨、電解、熱能、超聲波去刺等，這些被動(dòng)去除毛刺的方法都存在一定的局限性，對(duì)于此類高頻波導(dǎo)零件不適用。

少無毛刺加工的對(duì)策方案

通過加工仿真軟件篩選加工工藝參數(shù)

根據(jù)分析，可通過不同切削工藝、參數(shù)和刀具參數(shù)控制毛刺，主要以抑制加工中的毛刺為主。整個(gè)的切削加工過程復(fù)雜多變，且包含的參數(shù)眾多，一一實(shí)驗(yàn)，需要大量數(shù)據(jù)，成本太高;且對(duì)于實(shí)際的實(shí)驗(yàn)，只能從結(jié)果分析，對(duì)于過程中的變化，難以知悉，一定程度上增加了實(shí)驗(yàn)成本和難度。

此時(shí)，可以通過有限元仿真分析的方法先了解切削加工過程，通過輸入不同的參數(shù)，分析加工過程來確定使用何種工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)少無毛刺加工。查閱資料發(fā)現(xiàn)，仿真軟件平臺(tái)包括Abaqus、Deform、Ansys等通用軟件平臺(tái)，以及專業(yè)的切削仿真軟件Third Wave Advantedge，該專用軟件可以降低切削建模難度，提高計(jì)算效率，便于應(yīng)用。

故，可通過軟件仿真，確定相應(yīng)的參數(shù)后，再通過實(shí)際實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證仿真結(jié)果的可靠性。從銑削方式、刀具幾何參數(shù)、加工工藝參數(shù)等方面用軟件仿真分析加工過程中毛刺的大小變化情況，簡要步驟如下：

下圖是在軟件中建立的仿真模型。

使用正交試驗(yàn)選擇合適切削加工參數(shù)

前述實(shí)驗(yàn)表明，切削用量的選擇對(duì)毛刺的影響大，需要對(duì)Ap切深、F走刀速度、S轉(zhuǎn)速、精銑余量對(duì)毛刺的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。小組成員為了節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本，決定采用正交實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。其主要要弄清楚小直徑立銑刀精加工時(shí)加工參數(shù)Ap切深、F走刀速度、S轉(zhuǎn)速以及精銑余量對(duì)波導(dǎo)腔內(nèi)毛刺的影響。考察產(chǎn)生毛刺后，去除毛刺的時(shí)間（分鐘）。

通過分析，確定本試驗(yàn)需考察S轉(zhuǎn)速、F走刀速度、Ap切深、徑向余量、軸向余量、切削順序這六個(gè)因素，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)共有6因素，選用兩種位級(jí)，可選擇L8（27）正交表來安排實(shí)驗(yàn)。

將各因素兩種位級(jí)數(shù)據(jù)填入正交表，分別進(jìn)行試驗(yàn)，然后分析試驗(yàn)結(jié)果，一般正交試驗(yàn)需要兩次以上的調(diào)優(yōu)試驗(yàn)（此處不贅述），最后確定最佳切削參數(shù)。本次試驗(yàn)通過正交試驗(yàn)法的多次試驗(yàn)驗(yàn)證，得到了最優(yōu)切削參數(shù)：切削順序，逆銑;S轉(zhuǎn)速：20000 rpm;F走刀速度：2000mm/min;Ap切深0.2mm;徑向余量 0.03mm;軸向余量0.04mm。

在加工設(shè)備上驗(yàn)證加工參數(shù)及效果

試驗(yàn)使用高速銑削加工中心機(jī)床MIKRON HSM 800LP，最高主軸轉(zhuǎn)速4000RPM，主軸徑向跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)均在5μm 以內(nèi)，使用硬質(zhì)合金立銑刀φ2，φ1，φ0.5刀具，分別編制加工程序進(jìn)行試驗(yàn)，確定前述參數(shù)加工后的毛刺效果，并在影像測量儀上放大40倍，查看毛刺效果，如下圖示。

如上圖，在切削加工中容易產(chǎn)生毛刺的棱邊，在40倍顯微鏡下毛刺極微小。通過多次試驗(yàn)，其毛刺狀態(tài)的穩(wěn)定性好。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在抑制毛刺的產(chǎn)生后，對(duì)于剩下的少量毛刺，在銑削時(shí)增加去毛刺工藝路徑，可確保加工后實(shí)現(xiàn)40倍顯微鏡下無毛刺。

結(jié)束語

本文圍繞如何控制微觀條件下波導(dǎo)內(nèi)腔無毛刺的工藝要求，運(yùn)用少無毛刺的切削加工技術(shù)，通過探索和實(shí)際應(yīng)用，運(yùn)用有限元切削仿真軟件分析切削加工過程，通過設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，合理減少試驗(yàn)次數(shù)，找到了40倍顯微鏡下無毛刺的加工工藝，為類似零件的加工提供了新途徑。此次，由于客觀條件限制，未對(duì)刀具幾何參數(shù)對(duì)少無毛刺銑削的影響進(jìn)行分析研究。

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