淺析鋁合金板類型材的高速加工工藝

摘 要：主要介紹鋁合金板類型材的高速加工工藝及專用工裝設計。專用工裝可以有效的對零件進行定位與夾緊，刀具材料選用適當、切削參數及冷卻介質選用合理是保證零件質量的必要條件。程序編制采用宏程序極大的簡化了程序內容，使編程變得更直觀。

關鍵詞：高速加工；刀具材料；切削參數；工裝

1 前言

近年來，鋁合金型材越來越受到世界各城市交通公司和鐵道運輸部門的歡迎，因其具有重量輕、耐腐蝕、外觀平整度好等優點，在城市軌道車輛制造行業上占據不可動搖的位置，鋁合金型材主要用于制造車輛的車體，而數控高速加工在鋁合金型材的加工中得到了廣泛的應用，下面以鋁合金板類型材為例對其加工進行分析。

2 零件圖紙分析

首先應熟悉零件在產品中的作用、位置、裝配關系和工作條件，搞清楚各項技術要求對零件裝配質量和使用性能的影響，找出關鍵的技術要求，然后對零件（示意圖如圖1）進行分析：

由示意圖分析可知：需加工的部分主要有兩端面、上表面的C型槽、中部的窗孔及一通孔。在加工上面可以采用C型槽加工-端面加工-窗孔加工-通孔加工的順序進行加工。生產批量約為每個月300件為中小批量生產，其技術要求為：所有加工面粗糙度均為Ra 12.5；窗孔對角線公差為≤2mm；所有C型槽不得銑傷型材基體。所有加工面粗糙度Ra12.5可用粗銑+半精銑實現，對角線的公差可以用雷尼紹探針測量后，利用測量值計算出偏差角度，旋轉坐標系進行補償實現，C型槽采用探針測量進行Z向補值，預留0.5～1mm的半精加工加工余量。

3 專用工裝設計

為保證零件的加工質量，提高生產效率，減輕勞動強度，根據零件的外形與加工方式，可采用專用工裝，合理的裝夾方式可以有效的減少切削力和加工變形對于剛性較差的鋁合金板類零件，夾緊力是引起零件變形的不可忽視的因素，根據板類零件的特點，適當地減少壓緊力，增加壓緊點的數量來減少零件的變形，改變壓緊力（支撐力）的位置，使壓緊力（支撐力）作用于剛性好的表面位置，增加輔助支撐，增大鋁合金板類零件的剛性從而有效地減少加工震動和加工變形如示意如圖2所示。

此工裝由X向定位塊定位，Z向壓板壓緊，輔助支撐塊需避開窗孔位置，方便廢料脫落，采用單元模塊結構，左右相對為一組，采用6組模塊同時裝夾，同時將壓力點放在零件剛性強的區域。采用尼龍塊做為壓塊、墊塊及輔助支撐塊可以有效地吸收震動。可以為保證工件直線度，每個工裝模塊設計統一的安裝基準，用定位鍵安裝在工作臺上面。裝夾時應使工件的加工位置暴露在外面，合理的避開工裝，以防止在加工時機床主軸、切削刃與工裝相碰。

4 加工過程工藝分析

從上面對零件的圖紙分析可知：要保證該零件的尺寸要求，必須選擇好刀具、加工參數及合理的冷卻介質，下面從幾個方面進行分析。

4.1 刀具選擇

可以用于加工鋁合金的刀具材料有很多，有硬質合金、陶瓷、多晶金剛石等，在保證加工質量、滿足切削性能的前提下，性價比較高的材料是硬質合金。硬質合金的常溫硬度可達78～82HRC，切削速度也較高我國目前的硬質合金有三類，P類與M類均含有碳化鈦成分，而碳化鈦與鋁合金親和性較好，所以適合鋁合金高速切削的是K類（即鎢鈷類）。經研究表明，刀片的前角是影響加工質量的主要方面，合理的選擇大前角的刀片，能有效降低加工時的切削力和切削功率，同時也能減少加工時的熱量，但是前角過大，切削刃的強度就會降低影響刀具的壽命，刀片的后角直接影響刀片剛度，增大后角能夠提高刀片的壽命，降低成本，但是后角過大，會影響刀刃的剛度。結合鋁合金板類型材的加工特點選取前角為30°～35°，后角為10°～12°，盡可能的增大后角的同時保證刀刃的剛度。

4.2 切削參數選擇

合理的選擇切削參數可以降低高速加工時的振動，保證零件加工質量，提高工作效率，還可以延長刀具的使用壽命，降低加工成本，根據實際應用情況，該類鋁合金型材的切削參數如表1所示：

4.3 冷卻介質選擇

鋁合金材料的高速加工中切屑變形消耗的能量大部分轉變為熱量，銑削速度越高，產生的熱量越大。其中95%～98%的熱量來不及傳遞給工件，就被切屑帶走，工件基本保持冷態。高速銑削時由于材料去除率與切削熱的增加，冷卻介質必須具備快速將鋁屑帶離工件、降低切削熱及增大加工表面潤滑能力的作用。油霧冷卻一方面可以降低刀具-鋁屑-工件之間的摩擦，提高零件表面加工質量，另一方面油霧分子在接觸到刀面時快速氣化帶走熱量的效果比冷卻液體導熱的效果明顯。此外零件加工的下一步工序為焊接，零件上不允許有殘留液體，所以采用油霧冷卻的方式，零件加工采用的是巴索切削液MK500。

5 程序編制

數控機床是一種按事先編制好的零件加工程序進行加工的高效、自動化加工設備，程序編制時主要是按以下流程進行：確定工件坐標系——繪制加工示意圖——加工順序——刀具選擇——程序編制——程序模擬——輸機調試。在零件程序編制過程中，有許多外形相同或相似，具體加工尺寸不同的零件加工特征（如零件的C型槽，窗孔），每次重新修改程序都很繁瑣，而且容易出錯。采用宏程序設定變量、算術、邏輯運算及條件判斷指令在子程序中編制走刀過程。加工時進行子程序調用。宏程序的采用，精簡了程序內容，使編程更加直觀，大大的提高了編程效率。

6 結束語

鋁合金板類型材的高速加工對數控機床的各項配置參數要求較高，特別是主軸的剛性、轉速等，此外高速加工的主軸轉速較高，進行鋁合金零件加工時，噪音大，鋁屑多并且四處飛濺，所以需采取必要的安全防護措施，確保生產安全。

參考文獻

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