薄壁零件加工与编程

 薄壁零件加工与编程

罗如愚

广东省岭南工商第一技师学院  510800

摘要：薄壁零件广泛地应用在机械加工制造业中，它具有重量轻、结构紧凑、节省材料等优点，同时又有刚性差、强度弱的特点，在加工中容易变形，加大形位误差，直接影响零件的加工质量。本文就以薄壁零件的数控铣削加工工艺及自动编程加工进行分析，确保薄壁零件的加工质量。

关键词：薄壁零件加工工艺  自动编程

前言：

    虽然现代数控加工技术日新月异,但结构复杂的薄壁零件在数控加工中也是一个难题。薄壁零件重量轻、结构紧凑、节省材料但刚性差、强度弱,加工时,在切削力、夹紧力和切削热的作用下易产生振动、变形而影响加工质量。为了减少工件变形，加工薄壁零件时，技术工人需要做大量的准备工作：图纸分析、机床型号选用、刀具选用、夹具设计与装夹方式、

加工工艺的确定、编写加工程序等，以便实现优质高效和经济的数控加工。本文以变形金刚脸谱薄壁零件为例说明整个加工制造的工艺过程，主要在于解决异形零件装夹及特殊曲面加工时，如何正确的选用刀具，以及如何合理安排加工步骤从而减少加工变形等问题。

一、零件图纸分析

正确整完地识读、分析零件图，不仅对零件结构有个完整的认识，更是对工件进行工艺分析，制订加工工艺路线，保证加工质量等具有重要意义，可以避免在加工现场出现装夹错误、装夹不合理、反复装拆工件等问题，从而提高零件的加工精度和加工效率。

     1.零件组成结构

     零件组成结构如图1、图2所示：

                        图1  零件图

                       图2    实体图

    2.结构分析

根据对图1、图2分析可知，此工件主要由上端面、下端面、不规则的外轮廓、底端曲面半球、上表面圆弧型槽、不规则轮廓的通孔组成，是典型壳体零件，壳体壁厚5mm，属于薄壁零件加工。

从工件的基本特征考虑，加工时需注意以下几个问题：

工件翻面加工时的装夹方案如何确定；

加工R4半球面时刀具如何选用；

如何合理的按排加工步骤以减少加工变形；

如何加工出符合图纸要求的合格产品。

二、加工准备与工艺分析，攻克加工难点。

    根据图纸分析，案例加工的难点在于如何合理解决装夹问题，降低加工变形。为了达到图纸的加工要求，在加工准备过程中应考虑如何解决这些加工问题，以便提高工作效率及零件的加工质量。

1.加工设备选用

通常零件加工对设备选用原则有：根据零件尺寸要求、精度要求、加工特点、批量或其他要求确定加工设备。综合考虑各种因素，我们选用机床型号为ZXK-32BD、数控系统为GSK983Ma的数控铣床。

2.零件材料的选用

在满足零件功能的前提下，根据零件的用途，一般选择切削性能好且价廉的材料。根据图1零件图所示，选取尺寸为80mm×80mm×30mm的铝合金毛坯即可。

3.加工刀具选用

选用刀具时应考虑工件材料的类别、工件的几何形状及铣削工艺的类别。首先，根据案例工件材质确定刀具材质为高速钢；其次，根据零件形状特征选取刀具，还需考虑工件为薄壁壳体零件，加工时易产生变形等因素，所以，在对半成型后的加工应选用较小直径的刀具，以减小因铣削力而产生的加工变形。案例加工所需刀具清单如表1所示：

                 表1  刀具清单

说明：加工反面R4半球时为何选用立铣刀？通常在加工曲面时，第一时间会想到用球头铣刀，但由于该工件的特殊性，半球与端面分别处于两个不同的加工平面且两元素交界处并无圆弧过渡，当然这里也可以使用球刀加工，但必须多加把立铣刀做个清根程式，对半球根部圆角进行清除加工才算完成对半球的加工;所以在加工一些精度不高且无圆角过渡的半球时应选用立铣刀直接一次加工完成，以便提高加工效率，如果有带倒圆角的立铣刀则选择它来加工表面质量会更好（如Ф8R0.2)。

4.夹具选用

对于简单零件的夹具选用与机床选用原则大同小异，选用时主要考虑生产批量、产品质量及经济性等因素。由于案例工件加工需正反面加工才能完成加工任务，对于规则毛坯件加工的工件，一夹夹具通常选用通用夹具平口虎钳即可，问题在于二夹夹具的选用。当一夹加工完毕后工件的外形轮廓已加工出来，二夹夹具面对的是一个异形零件。

首先，从二夹的加工内容着手分析，上端面加工内容有：一夹夹位铣削3mm左右，表面R3曲面槽及3个异形过孔，加工量比较大，如果直接用虎钳装夹加工，由于工件轮廓只有一条直边，其余外轮廓由弧面组成，装夹时存在线接触，夹紧力过大容易导致工件变形，夹紧力过小工件易发生松动。

其次，从夹具选用原则的层面来分析，设计专用夹具对于一个单件加工时，考虑加工的经济性在非必要做专用夹具的情况下就不用考虑设计专用夹具了。

所以，经综合分析后，二夹夹具还是选用虎钳装夹，但必须解决装夹时存在的线接触问题。可以考虑设计一个装夹辅助装置，将线接触转换成面接触。如图3所示，将图3中的小工件R65处圆弧与工件R65处的外形贴合后一起装到虎钳上夹紧。 那么在备料时就得多备一块辅助装置的毛坯料，其下料尺寸为：62mm×23mm×20mm，材料为铝合金。

                  图3     辅助夹具图

                   图3-1  装夹示意图

5.定位基准的选择

该零件加工过程中需要正、反两面加工，其工艺基准统一是十分必要的。一夹加工以平整的毛坯面为粗基准，二夹装夹如3-1图所示，辅助夹具设计符合定位基准选择原理，确保了零件加工精度的要求。

三、工艺路线拟定

零件机械加工的加工工艺是指零件生产过程中，由毛坯到成品所经过的加工工艺先后顺序。加工工艺的好坏直接影响到工件的加工质量、效率、工人的劳动强度、设备投入、车间面积、生产成本等。综合考虑后案例加工工艺卡片制定如表2。

                    表2   工艺卡片

四、CAXA自动编程加工

案例编程软件选用校备加工软件CAXA制造工程师,通过软件根据二维零件图绘出三维实体图。综合零件形状结构特征及以上工艺分析程式编制工艺路线如下：

先一夹反面加工：

1.使用平面区域粗加工功能编制底面加工程式；粗加工4-R4半球，精加工底面。如图4

2.使用平面区域粗加工功能编写内轮廓加工程式，Ф12立铣粗加工留余量0.2，Ф8立铣精加工。如图5

    图4  程式1仿真结果             图5  程式2仿真结果

3.使用平面轮廓精加工编写外轮廓程式，Ф12立铣粗加工留量0.2mm，Ф10立铣精加工。

4.使用参数线精加工功能编写R4半球精加工程式，用Ф6立铣加工。一夹加工完成后如图6：

     图6   一夹仿真结果           图7  二夹仿真结果

后二夹加工正面：

5.使用平面轮廓精加工功能编写上表面加工程式，选用Ф10立铣分粗加工和精加工（加工高度至24mm）。

6.使用平面轮廓精加工功能编写曲面槽加工程式，选用Ф6R3球刀加工。

7.使用平面区域粗加工功能编写3个异形孔加工程式，选用Ф4立铣刀分粗、精加工。完成二夹所有加工程式如图7所示。

五、结语

薄壁零件在数控加工过程中，涉及到了毛坯材料的选择、加工工艺的确定、装夹方式的选择、刀具选用、走刀路线安排、切削参数等工艺内容，对零件的加工精度和表面质量有直接的影响。实践证明, 加工零件前，通过对薄壁零件加工工艺的分析，制定较合理的工艺线路和编制加工编程设计，这种薄壁零件加工方法,稳定可靠,程序的编制合理、快捷,工件的安装、加工方便,确保了零件的加工精度和加工效率。

【参考文献】

[1]傅水根.机械制造工艺基础.清华大学出版社.（2010.7）

[2]李超.数控加工实例.辽宁科学技术出版社.（2005.3）