1 前言
在实际生产过程中, 我们经常会加工各种不同类型的薄壁零件, 其加工过程容易变形, 对其内在外在引起变形的根源进行分析, 在加工薄壁类零件时, 如何防止其变形, 从而达到零件图纸要求, 达到各项技术指标和稳定性要求的处理方法的探索是非常必要的。薄壁零件已日益广泛地应用在各工业部门, 因为它具有重量轻、节约材料、结构紧凑等特点。但薄壁零件的加工是车削中比较棘手的问题, 原因是薄壁零件刚性差, 强度弱, 在加工中极容易变形, 使零件的形位误差增大, 不易保证零件的加工质量。对于批量大的生产, 我们可利用数控高加工精度及高生产效率的特点, 充分地考虑工艺问题对零件加工质量的影响, 为此对工件的装夹、刀具几何参数、程序的编制等方面进行试验, 有效地克服薄壁零件加工过程中出现的变形, 保证了加工精度, 为今后更好的加工薄壁零件提供了好的依据及借鉴。
2 CAXA建模
下图是薄壁零件的图纸:
薄壁零件的基本参数:
1) 该零件毛坯尺寸为100mm×80mm×30mm, 用普铣上加工所得;
2) 在零件上有多个加工特征, 包括椭圆形凸台、椭圆形凹曲面、型腔沿周边壁厚2mm、六边形岛屿、2个通孔等;
3) 零件材料为铝合金, 加工要素有平面、岛屿、腔槽、孔类加工。
2.1 CAXA造型
图1为基于CAXA软件的薄壁零件实体造型。
薄壁零件加工工艺的重点应着重于分析、研究和掌握其变形规律, 进而在整个工艺环节中注重防止和解决变形问题以确保各工序的加工质量。工艺路线一般划分几个阶段, 即毛坯准备——粗加工阶段——精加工阶段。粗、精加工之间可安排一次或数次半精加工, 一次或数次时效处理工序, 目的在于消除切削力、夹紧力产生的应力和零件本身的残余应力, 使变形发生在最后精加工之前。这样, 可以保证成品零件的尺寸精度和形位公差精度。
操作步骤:轨迹管理→加工→常用加工。弹出来图2所示的对话框, 填写相关参数, 点击确定后选择要加工的曲面即可。
2.3 执行后处理
此薄壁双面零件加工的难点在于, 正面六方形岛屿和2mm薄壁的加工, 考虑到薄壁上有R5的圆角, 所以刀具选择φ6的立铣刀进行粗精加工, 粗、精加工之间还可安排一次半精加工;背面的椭圆形凹曲面可选择φ8的球铣刀进行参数线粗精加工。先加工正面, 再加工背面, 主要从加工后装夹的有效高度考虑, 方便装夹和加工。如图3所示为执行后处理生成的部分加工程序。
3 机床加工
3.1 加工条件
1) 三轴普通数控铣床, 如图5所示。
数控铣床是在普通铣床上集成了数字控制系统, 可以在程序代码的控制下较精确地进行铣削加工的机床。它根据零件形状、尺寸、精度和表面粗糙度等技术要求制定加工工艺, 选择加工参数。通过手工编程或利用CAM软件自动编程, 将编好的加工程序输入到控制器。控制器对加工程序处理后, 向伺服装置传送指令。伺服装置向伺服电机发出控制信号。主轴电机使刀具旋转, X、Y和Z向的伺服电机控制刀具和工件按一定的轨迹相对运动, 从而实现工件的切削, 如图4所示。
2) 夹具:该零件使用的是立式数控铣床, 零件又属于平面类零件, 应使用通用夹具, 通用夹具是已经标准化、无需调整或稍加调整就可以用来装夹不同工件的夹具。这里我们使用的是精密机械式平口钳。如图5所示。
3) 刀具:在经济型数控加工中, 由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行, 占用辅助时间较长, 因此, 必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则: (1) 尽量减少刀具数量; (2) 一把刀具装夹后, 应完成其所能进行的所有加工部位; (3) 粗精加工的刀具应分开使用, 即使是相同尺寸规格的刀具; (4) 先铣后钻; (5) 先进行曲面精加工, 后进行二维轮廓精加工等。此零件主要选用的刀具有φ12、φ8、φ6的平面立铣刀和φ8的球头铣刀及φ8的钻头。如图6所示。
3.2 装夹与找正
零件的程序编辑完成后, 还要对它进行装夹、加工。将零件毛坯装在夹具上, 用平口钳夹紧, 如图7所示。
工件安装和加工注意事项:
1) 用平口钳安装工件时, 夹紧工件要松紧适当, 尽量选用加工后平面作基准面;
2) 由于工件精度要求较高, 工件应与圆形转台用百分表校正中心, 保证公差精度要求。
通过寻边器进行X、Y方向的G54找正, 还要对其进行Z方向的找正, 使工作面与刀面重合, 将坐标值输入机床控制面板。
3.3 切削加工
把编辑写好的程序传入数控机床后, 在Z轴方向台高100.0mm安全高度进行加工试切削, 如图8所示。在试切削完成后, 如果程序与坐标准确无误后, 进行薄壁加工。
正面加工完后, 重新装夹寻边器找正后, 进行反面加工, 如图9所示。
加工完成后, 将零件卸下, 零件形状如图10所示。
4 结束语
本次加工达到了快速完成典型薄壁双面零件的加工目的, 其加工效率和加工质量均明显高于普通传统机床, 生产实践显示出了众多的优越性, 如简化生产准备工作, 缩短试制周期, 加快品种变换, 提高型面加工质量, 减少生产面积等。
摘要：薄壁零件在加工中对各种影响因素十分敏感, 极易产生变形, 很难满足精度要求, 严重影响产品质量, 因而成为机械加工中的一大难题。针对薄壁类零件加工的困境, 在分析了加工变形的主要因素, 即工艺系统刚度、零件结构、工艺路线、走刀策略及工件装夹等的基础上, 本文通过实际加工例子, 介绍数控铣削加工工艺及利用CAXA实体建模和自动编程来实现数控加工。
关键词：薄壁零件,加工工艺,CAXA
参考文献
[1] 王志厚.薄壁零件加工中防止变形的措施.
[2] 张伯霖.高速切削技术及应用[M].北京:机械工业出版社, 2002.
[3] 李洪智.数控加工实训教程.机械工业出版社, 2006年.