提高薄板類零件數控加工的質量

華團林 趙 鵬

（陜西凌云電器集團有限公司，陜西寶雞721006）

各種設備的襯板、面板由于其結構形式比較特殊，面積大，平面布局復雜，精度要求較高，在設計一般時采用薄板類零件。但該類零件厚度薄、易變形，給生產加工帶來一系列的困難。

以筆者所在單位為例，我單位在制作檢測儀等設備時，其面板所用零件均為薄板類零件，其材料薄，孔位多，在加工過程極易變形，在工藝實現過程中，可通過改進裝夾方式、合理地選用刀具、選擇合適的切削用量、優化刀具路徑等方式，提高加工質量。

圖1 零件線架圖

如圖1所示的是我公司為某型檢測儀面板，該零件加工要素多，并且孔距尺寸有精度要求，為了確保質量，提高效率，所以在制定工藝方案時以數控加工為主。

該零件的厚度為5mm，長為482.6mm,寬為173mm，所以確定工藝流程時，毛坯料選用5mm厚的鋁板。根據零件的長寬尺寸及加工、裝夾余量，下料尺寸確定為493mm×211mm。具體的加工流程為：將此板料用壓板裝夾壓在機床臺面上，先加工背面，加工內容依次為左右臺階深2，左右外形，上下臺階深1.5，上定位邊（銑后余量為18），2-φ14沉孔深1.8，4處腰孔，方腔36×36深2。然后翻面銑主視圖深1.2大方腔，銑圓孔φ31、φ16.2，銑25處小方孔，銑深2臺階方孔及大方孔，用φ1.5中心鉆點所有孔位，最后銑上下外形完成零件的數控加工。

根據零件的結構特征及加工內容，在試加工時，確定的工藝方案為：背面先用φ10鍵槽銑刀進行加工，然后用φ4立銑刀按要求清角。正面加工方腔時，其底面改用φ16立銑刀加工，其它刀具和背面相同。編程時將挖槽加工方式選為雙向切削。由于直線下刀時刀具底齒磨損快，影響使用壽命，所以采用螺旋線下刀方式。

在設置加工參數時，對φ10鍵槽刀，主軸轉速S=1300R/min，進給速度VF=150mm/min；對φ4立銑刀，主軸轉速S=1800R/min，進給速度VF=100mm/min，對φ16立銑刀，主軸轉速S=1000R/min，進給速度VF=110mm/min。在銑背面左右臺階時，在上下兩邊各壓兩個壓板。

在實際加工過程中，發現毛坯料發生變形，大方腔底面刀痕明顯，特別是有一道斜拉的刀痕。待加工完成后，一松開壓板，零件就沿長度方向發生明顯彎曲變形。為了消除影響，先對其進行校平，對于腔底的左右橫向刀痕，采用砂光方式。對該零件進行首檢，結論為不合格，主要問題是：背面的左右臺階局部銑深，孔距尺寸461.6、438.6、411.5和400，實測偏小，比圖紙要求尺寸超差了0.2～0.3mm，大方腔底部有刀痕，底面粗糙度差，達不到圖紙要求。

試制結果不理想，分析其最主要的原因：銑大方腔時，零件沿左右方向產生翹曲變形，導致左右兩端孔距尺寸偏小。再加上零件厚度尺寸小，剛度小，刀具切削工件時，由于殘余應力的釋放以及刀具對工件的切削力使工件產生變形。方腔底面刀痕的形成及臺階面的局部銑深都與工件的變形有關。綜合以上分析，造成零件不合格的原因是加工變形，因此要提高零件的質量，就必須減小加工變形。

針對分析的原因，對數控工藝進行改進，具體如下：

1）改進裝夾方式。在銑左右臺階時，加工面距離壓板較遠，工件在加工過程中變形較大，產生局部的凸起，因此會使工件在厚度方向的加工尺寸不一致，造成局部銑深。經計算零件左右兩邊各有5.2mm余量，在它的兩邊各增加一個壓板伸進2mm壓緊零件，這樣就限制了加工左右臺階時工件的變形，可解決左右臺階局部銑深的問題。

2）合理地選用刀具。加工大方腔時，由于刀具直徑選用過大，切削力相應變大，零件加工變形增大，所以將φ16立銑刀改換為φ10鍵槽刀。

3）選擇合適的切削用量。加工大方腔時，將深度余量1.2mm分兩次加工，第一次粗銑0.9mm，給精銑留下0.3mm余量，這可通過編程中的分層銑削來實現。打開深度切削參數對話框,設置最大粗加工余量為5，精加工次數為1，精加工余量為0.3。在精加工時，將主軸轉速提高到S=1800R/min，進給速度提高到VF=160mm/min，這樣可以減小加工變形。

4）優化刀具路徑。編程時在挖槽加工方式中選雙向切削，將切削角度從0°改為90°，同時在Z向精銑時不要選擇“不抬刀”，去掉了工件底部的斜向走刀路徑，深度切削順序選為按槽加工，這樣就減少了重復走刀，可降低精加工表面粗糙度值。將刀具路徑從0°長度方向調整為90°寬度方向，這樣的刀具路徑其優點在于它改變了應力變形的方向，工件寬度方向尺寸小，由應力引起工件的拱起變形減小。

經過以上調整后，對該零件重新進行試生產加工，零件的加工變形相對于第一次明顯變小，檢驗結果表明，零件尺寸、粗糙度等均符合圖紙要求，有效地提高了該零件的數控加工質量。

面板類零件由于結構比較相近，此種加工方法也可在其他類似產品中得以推廣。

隨后進行了相關試驗，總結了薄板類零件數控加工的經驗和基本規律為：薄板類零件在加工中極易產生變形，裝夾很關鍵，為了減小零件的加工變形，用臺面裝夾零件時壓板位置一定要靠近加工面。合理地選擇刀具和切削用量，可減小零件加工變形，提高加工精度，并改善其加工表面的粗糙度。編程時應根據零件的結構特征和具體情況，科學地設計數控加工的刀具路徑，提高薄板類零件數控加工的質量。

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