現代化機械精密加工與制造技術應用研究

李志鵬，李小龍

（天津航天機電設備研究所，天津 300458）

1 1.202-1A/0-10-10零件加工特點分析

1.1 1.202-1A/0-10-10基本加工尺寸

根據前文所述，本文主要以數控機床技術應用為例。本文以1.202-1A/0-10-10零件的加工為例，加工零件如下圖1所示。工件材料選用鋁合金，毛坯材料選用鋁，外形尺寸為412mm×130mm，零件加工尺寸詳見圖1。

1.2 1.202-1A/0-10-10零件加工難度分析

考慮到本次加工零件材料為鋁制品，精密加工鋁制零件還存在以下幾個難點。

（1）零件在加工中變形問題。鋁制零件在加工中，刀具切削材料時會產生大量熱量，并且刀具對零件還存在切削力。兩者共同作用極易導致零件在加工中出現塑性變形。另外，零件的薄壁部位還可能由于裝夾方式不當而出現加工變形問題。

（2）零件裝夾困難。框式不對稱零件的裝夾工藝非常重要，是影響加工精度的重要因素，零件裝夾位置、裝夾方法選擇以及裝夾預緊力大小等都會給零件加工精度帶來影響。比如，加工鋁制薄壁零件，但是夾緊力過大，待加工完成后，拆卸下來的零件已經發生變形。若是為了降低夾緊力，在裝夾中將夾緊力設置過小，那么加工中會出現由于夾緊力不夠，嚴重情況會導致零件脫飛的情況發生。

（3）零件加工再次裝夾難以精確定位。通過圖1可知，本次加工的1.202-1A/0-10-10零件結構復雜，大面和側面形狀不對稱，加工要需要考慮重新裝夾的問題。

圖1 零件加工條件圖

（4）1.202-1A/0-10-10零件作為裝配類零件，其尺寸、精度、表面粗糙度以及形位公差要求非常高。

（5）1.202-1A/0-10-10零件形狀不規則，加工中受力不均勻會帶來較大的加工誤差，甚至造成加工變形。

2 1.202-1A/0-10-10零件控制加工解決方案

2.1 加工工藝方案的制定

考慮到上述零件難點，經過分析，本文采取以下的加工方案。

（1）在無應力情況下，通過黏膠來固定零件，采用φ6刀具，設置轉速400r/min，進給500，吃刀深度為0.05，確保基準面A的平整度為0.005。然后加工一個420mm×200mm×80mm的長方形工件，加工時要保證工件大面平面度為0.003，側面與大面的垂直度為0.005。將毛坯工件壓在工作臺上，通過十分表來調整工件的平面度，保證為0.003mm。

（2）定位。以零件中間兩孔來定位，使用千分表找正零件的一個直邊，將其作為定位基準邊，然后進一步上下找正，控制誤差在0.002mm。為了避免零件加工中出現變形問題，利用壓千分表來控制工件的壓緊力，并且控制好輔助支撐力的大小。

（3）粗加工。使用數控鏜床一次性加工φ48和φ54的孔，控制同軸度在0.002，加工完成后，翻轉工件，繼續找正同一直邊，要求如（1）中所述。采用自制刀桿，配合千分表，首先找正φ48的圈（自制刀桿可以解決大跨距找正精度問題），然后采用同樣的方式，依次加工，保證這三個孔的同軸度為0.01mm。

（4）裝配組合件旋轉關節支架。采取與（2）同樣步驟，找正。使用千分表并結合機床絕對坐標系，分中工件，保證方槽的中心與三個孔的中心連線的對稱度為0.006mm。

（5）方槽加工。采用刀具φ3，設置轉速3500r/min，進給350r/min，先順銑后逆銑的方式加工方槽，順銑加工保證單邊留量0.05、0.03、0.2，逆銑加工保證單邊留量+0.01、-0.003、-0.002。

2.2 專用夾具的結構設計

零件裝夾需要設計合理的夾具，否則，過小或者過大的夾緊力會導致零件加工出現精度偏差或者脫飛。在加工底板時，通過采用無應力的黏膠，將底板固定，這種裝夾方式在粗加工中應用簡單。另外，專用夾具需要結構簡單，制作簡便，能夠具有一定的通用性，可以滿足零件加工質量的需求，解決零件批量生產的問題，有利于提高加工效率。另外，本次加工的材質為鋁，是一種比較軟的材料，所以加工這類材料的夾具應該選擇黃銅材質，并且設計師還應該滿足如下的要求：（1）能夠利用已經找正的直邊來對零件精準定位。（2）如有必要，可以采取螺絲釘固定方式，利用螺絲釘對零件施加向下的拉力，壓緊工件，避免零件受到側向作用力而造成零件變形或者切削震顫。（3）1.202-1A/0-10-10零件的體積不大，在批量加工時可以一次加工多個零件，降低操作人員的勞動強度，縮短換刀的時間，避免反復對刀。

2.3 刀具選擇

刀具選擇對加工精度有重要的影響，本次加工零件的材質為鋁。但是，鋁及鋁合金材質在加工中存在粘刀問題，并且容易發生積屑瘤，一旦產生積屑瘤，那么會增加切削層的厚度，從而導致零件尺寸加工誤差變大。不僅如此，積屑瘤在加工過程中會逐漸長大，這會導致加工刀具磨損加快，從而最終出現刀具切削鈍化，零件表明粗糙度質量降低。出現積屑瘤還會導致銑削斷刀問題，所以在加工鋁及鋁合金零件時，要合理選擇刀具。通過上述分析可知，加工此類零件對刀具的硬度要求并不高，可以選擇使用硬質合金刀或者白鋼刀等，并且為了解決大跨距找圈加工問題，本次加工刀具的刀桿經過特殊設計和制作。

2.4 走刀控制

加工鋁制框架零件，在切割時要合理調整角度，使走刀的切割前后角度合適，這樣才能保證零件受到的作用力最小，以便更好地控制零件變形。特別是零件薄壁部分，零件剛度較弱，需要走刀沿著零件壁側向90°方向，保證零件受到的摩擦損失最小。另外，在走刀路徑規劃和切削量控制上，需要根據加工零件的表面粗糙度要求和機械主軸轉速來綜合分析。比如，加工零件內圓孔時，根據零件粗糙度，可以分為粗銑、半精銑和精銑等，然后在不同的加工過程控制好切削量和給進速率。設置好切削量后再進一步優化刀具的路徑，對于粗加工，可以采用階梯式的加工方法，比如，保持刀具沿著機床X軸和Y軸向平移，去除多余的材料，同時還要適當調整刀具的前后角，降低加工摩擦，控制加工變形，提高零件的加工精度。

3 結語

隨著我國科學技術的不斷發展，特別是在機械自動化領域，已經取得了矚目的成就。現在一些先進的機械制造技術已經在實際生產中被廣泛應用，提高了社會生產能力。精細的機械制造技術的發展是機械制造發展的動力，只有不斷地創新和發展新的機械制造工藝，才能在這競爭激烈的市場中站住腳跟，提高機械加工的精密水平，使得機械制造的產品質量和速率得到提高，從而提高社會生產能力，促進我國經濟發展。