小批量零件的數控加工工藝及方法

摘 要：利用立式加工中心，小批量加工一種圓盤狀儀器固定零件。本文詳細介紹了該零件工藝分析及數控加工過程，通過設計、制造專用夾具、選擇加工刀具等方面內容，從而提高零件的加工效率。

關鍵詞：小批量加工；專用夾具；數控加工；加工效率

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.009

1 零件的結構和工藝分析

該零件為本單位自主研發的設備的儀器固定部件。為了能實現儀器快速安裝及穩固、耐用的設計理念，材料采用45鋼，零件的M8mm螺紋孔是與試驗臺的固定孔，直徑?28mm的孔為儀器墊腳的安裝孔，當儀器旋轉60°時，實現快速安裝。

（1）零件的加工特點分析。零件外圓最大直徑為?220mm，高度為10mm，底面無其他形狀特征，其余特征都在上表面。即零件只需一次裝夾，便可在上表面加工所有特征。

（2）毛坯的選擇。零件形狀為圓板零件，如選擇方形板材作為毛坯，顯然不僅余量多并且不利于批量加工，如選擇圓形板材可以利用車床對零件未加工的底部端面進行快速車削。

（3）裝夾方式分析。毛坯無論選擇方形或圓形毛坯，如采用傳統平口鉗或工藝壓板裝夾方式，零件平面、外輪廓都不能一次加工到位，并且在更換毛坯時不能實現快速裝夾、定位，這遠遠不能滿足批量加工的需求。所以在加工需要設計一套既能快速定位、減少裝夾次數的專用夾具。

2 工藝加工解決方案確定

（1）設計專用夾具。夾具的設計除了考慮工件在夾具上的定位之外，還要考慮夾具在機床上的定位，以及刀具相對于夾具的位置。通過零件三維圖，可以看出零件需要加工的特征主要有階梯槽及螺紋孔，各特征位置均都以120°分布。由于槽兩端的直徑在?18～?28mm之間，將螺栓安裝孔設置在階梯槽兩端的圓心處。由于槽除去的余量較多，位置精度要求不高，且能滿足M12mm的螺栓固定。通過壓塊將工藝板與機床工作臺進行固定后，再將螺栓把毛坯和工藝板進行定位及壓緊。

（2）制造專用夾具。夾具采用了300×200×25mm大小的板材作為工藝板，首先對板材進行6個面加工，并以零件的階梯槽及螺紋孔的圓心處鉆9個直徑為?10mm的孔，并將圖1所示的階梯槽的6個孔進行攻絲。紅色部分為第一次裝夾的螺栓孔，加工時設置 3 個小于?28mm圓柱的避讓幾何體，避免銑削平面及挖槽開粗時與螺栓進行干涉。當輪廓及槽的部分毛料銑削完后，再用螺栓套在?35mm的圓型壓片上，安裝在藍色部分螺栓孔后，再卸下紅色部分的3個螺栓，設置3個?40mm圓柱的避讓幾何體，再對未加工的槽進行加工。

（3）加工毛坯的裝夾及定位孔。由于圓板毛坯厚度不均，兩端面都不平整，厚度誤差在1～3mm之間，為了避免在毛坯鉆孔時，孔的垂直度及位置產生較大的偏差，先利用車床將毛坯兩個端面車削平整，為了能快速找到定位孔的大概位置。采用尺規方法，裁剪一張與毛坯尺寸一樣的圓形的硬紙板。

3 零件數控加工工藝過程

（1）設備選擇及編程軟件。零件加工選用設備為5臺北京機電院VMC750E立式加工中心，機床操作系統是FUNAC OIMC操作系統，該零件的數控加工程序是用數控加工軟件UG4.0生成。

（2）刀具及切削參數選擇。利用加工中心批量加工零件時，選擇合理的刀具類型及刀具長度，確定工件在工作臺上的最佳位置[3]，也要保證加工連續高效，必須要有剛性好、動平衡佳、排屑性能優良、耐磨性好的刀具。該零件的加工是采用飛刀（刀桿+硬質合金刀片）、硬質合金鉆和整體硬質合金刀具綜合運用選擇方案。粗加工時需大面積的進行大余量的切削，為提高加工效率，可選擇大直徑刀具，如飛刀，注意留有的加工余量要均勻合理。精加工時使用規格較小一些的整體刀具以減小切削阻力，以防彈刀影響加工形狀、尺寸和精度。選擇精加工內形輪廓刀具的尺寸，要小于零件型腔最小轉角半徑，這樣有利于在轉角處形成圓滑的過渡曲線，避免切削力在轉角處突然增大，使刀具折斷。另外，如果刀具切削參數選擇不當，會增加零件的內應力，加速刀具磨損甚至損壞，加工時間長，效率低，刀具利用率低。

（3）加工工藝工序過程及程序的編制。根據綜合考慮相關技術要求，該工件的具體加工關鍵工序如下：

a.工序1是平面銑削的程序，程序編制時建立3個直徑小于?28mm圓柱體作為避讓幾何體，避免銑削平面及挖槽開粗時與螺栓進行干涉。

b.工序2是鉆預鉆孔的程序，階梯槽開粗如采用采用斜線下刀方式，?16R0.8mm飛刀與階梯槽之間拐角較小，在切削時不僅噪聲大、容易影響夾具剛性、零件精度和刀具壽命。在階梯槽開粗前，采用?20mm麻花鉆對零件對階梯槽預鉆工藝孔處理，并將刀具起始點設置在?28mm槽的圓心上，這樣不僅可以減少抬刀及刀具磨損，還能提高加工效率。

c.工序3是粗銑外輪廓的程序，在裝夾工藝板夾具前應檢查毛坯與壓塊之間的距離，是否滿足?16R0.8mm飛刀通過，編制加工程序時刀具的下刀及退刀點不要設置在壓塊附近，避免刀具在圓弧切入、切出時與壓塊發生碰撞。

4 總結

數控加工中的工藝規程與夾具設計具有很多獨特之處，操作員不僅需要掌握CAD/CAM軟件的應用、機床的操作，更重要的是在零件制造過程中，從毛坯選購、加工工藝分析、工藝夾具設計制作及數控加工等方面都是不可忽視的重要環節。只有進行合理數控工藝規劃與數控編程，才能實現高質量高效率的數控加工。

參考文獻：

[1]陳小靜，李文星.基于轉向節錐孔加工的夾具及輔具設計[J].工具技術，2012，46（06）：33-35

[2]田春霞.工件在加工中心上的定位與夾緊分析[J].機械制造與研究，2009，38（02）：55-56