關(guān)于薄小零件加工及優(yōu)化分析

王延波（山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院，山東 淄博 256414）

關(guān)于薄小零件加工及優(yōu)化分析

王延波
（山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院，山東 淄博 256414）

薄小零件對數(shù)控銑削加工提出了新的要求，由于零件尺寸、剛度等方面的差異，使得薄小零件加工難度極大。因此，本文就薄小零件結(jié)構(gòu)與加工工藝入手，分析薄小零件加工的優(yōu)化策略，以供參考。

薄小零件；加工；銑削；優(yōu)化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.16.030

隨著技術(shù)的發(fā)展，尤其是電子信息技術(shù)的發(fā)展，對零件的加工要求提出了更高的要求，強(qiáng)調(diào)小巧、精密、輕薄、耐用等等。薄小零件加工要求的精度往往很高，這屬于精密機(jī)械加工中的一種，但由于各種因素的影響，薄小零件加工的難度很大。因此，研究薄小零件加工與優(yōu)化是一個(gè)值得研究的課題。

1　薄小零件結(jié)構(gòu)與加工工藝

（1）零件結(jié)構(gòu)。這給零件的加工帶來巨大的困難。先從圖片來看，薄小零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。如圖所示，該零件為某精密儀器的底板框，材料是鋁合金（LY12）。從圖上可以看出，該零件的技術(shù)參數(shù)是厚度4mm，外邊長寬分別是20±0.02mm與15±0.02mm，內(nèi)邊長寬分別是160+0.03mm與120+0.03mm，20*15的對稱中心處有φ90+0.03mm的圓心，圓心中心點(diǎn)與外短邊的長度是10mm誤差范圍±0.02mm，長短邊的垂直度誤差不能超過1微米。對方孔對稱的要求很高。鋁合金材料具有很好的機(jī)械加工性能，但該零件屬于薄小零件，要求精度高，面積小，剛性差，加工難度大，在加工過程中極易產(chǎn)生形變。由此可以看出，薄小零件的整體結(jié)構(gòu)十分小巧，要求精度屬于微米級別，屬于精密加工的范疇，而且加工難度很大。要加工出合格的薄小零件，解決銑削夾緊問題是關(guān)鍵，單個(gè)零件夾裝固然能夠很好地保證精度，但效率不高。多個(gè)零件組合加工，需要真空吸盤輔助夾裝，這不僅可以解決銑削夾緊的問題，還能夠提高加工效率。

圖1　某精密儀器底板框圖紙

（2）加工特點(diǎn)。薄小零件加工中的原理是利用銑削加工時(shí)提高銑削的速度，從而減小切削力與切削變形。也就是在現(xiàn)有條件下的數(shù)控加工中心，把銑削的速度提高，通過合理組合細(xì)小速度與進(jìn)給量，從而達(dá)到減小切削力與切削形變。由于薄小零件要求的精度高、剛性差，在零件夾裝時(shí)用以產(chǎn)生形變，因此給薄小零件加工帶來了巨大的困難。究其原因主要是銑削時(shí)產(chǎn)生的切削拉力以及薄板的彈性退讓，使得切削面極易產(chǎn)生振動，難以保證零件精度，零件表面也會因此而變得粗糙。實(shí)踐表明，厚度小于6mm的面積較大的薄板極其容易產(chǎn)生形變。因此在進(jìn)行不同材料的薄小零件加工時(shí)，需要采用不同的工藝方法，解決夾緊問題。比如鐵材質(zhì)薄小零件，可以通過加工中心的CNC專用磁臺設(shè)備，進(jìn)行夾裝，這種設(shè)備可以將2mm以上的薄板進(jìn)行強(qiáng)力吸持，從而保證銑削加工的順利進(jìn)行。又比如，硬鋁、黃銅等有色金屬材料的加工，合理使用真空夾具進(jìn)行輔助是行之有效的加工方式。真空夾具可使薄板中間與夾具平板緊貼，從而避免材料在銑削中產(chǎn)生形變，保證了加工精度。

（3）工藝分析。上文提到，加工的薄小零件要保證質(zhì)量，首要解決的問題是夾緊問題，而真空夾具輔助是行之有效的方式，在此對真空夾具進(jìn)行分析。這種設(shè)備的工作原理是利用真空泵在密封板、密封條的密封作用下，將夾具的緊閉空腔中的空氣抽離形成真空，利用大氣壓壓緊加工零件。不過通過大氣壓強(qiáng)產(chǎn)生的夾緊力比較小，但分布十分均衡，瑕不掩瑜，十分適用于非導(dǎo)磁性或剛性較差的材料的加工。采用這種工藝的關(guān)鍵點(diǎn)就在于真空泵運(yùn)作，將密封空腔的真空度提高到一定的程度時(shí)產(chǎn)生的夾緊力。這個(gè)力的大小，可以用公式今夕計(jì)算，可假設(shè)夾緊力是W，能夠吸附的材料面積是S，P1是大氣壓強(qiáng)，密封空腔內(nèi)剩余的壓強(qiáng)為P2，根據(jù)物理學(xué)原理可以得出計(jì)算公式：W=S（P1-P2）。這種輔助加工的方法能夠有效地解決薄小零件加工變形的問題，更能使多個(gè)零件進(jìn)行組合加工，提高加工效率。

2　優(yōu)化策略

（1）數(shù)控銑削3D模型以及定位孔。從上文的分析中，圖1所示零件需要進(jìn)行雙面加工，因此為了保證數(shù)控加工時(shí)零件的精度，需要先進(jìn)行3D模型的制作并設(shè)計(jì)定位孔，保證2次加工時(shí)相對位置正確。一方面，在模型制作時(shí)要嚴(yán)格按照圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的尺寸精度在Master CAM中進(jìn)行銑削效果的建立。另一方面，由于零件采用鋁合金制作，故選用真空吸附輔助夾具進(jìn)行加工。在薄板材料上進(jìn)行定位孔的制作，定位孔規(guī)格與位置符合真空夾具的定位銷。

（2）真空吸附輔助加工。上文提到，真空夾具吸附的夾緊力較小，因此，在真空夾具運(yùn)作吸附住薄板后，為了防止加工中出現(xiàn)形變需要在薄板的四周邊緣處用壓板壓緊，使夾緊力滿足加工要求。

（3）分層粗加工與精細(xì)加工。在夾緊力滿足要求后，先進(jìn)行方孔面的加工，在一塊薄板上制作出合理數(shù)量的零件粗模組合，然后進(jìn)行另一面圓孔的加工，這時(shí)要注意必須清理真空夾具。在這些步驟中需要注意刀具的走向、速度以及刀具的狀態(tài)。當(dāng)完成這些步驟后，薄板上就有合理數(shù)量的零件組合，這個(gè)時(shí)候再通過厚度0.15mm的通槽將工件分開，然后精細(xì)打磨去除毛刺，就能獲得一組零件，既控制了精度又加強(qiáng)了效率。

3　結(jié)束語

針對薄小零件的加工，結(jié)合數(shù)控加工中心的特點(diǎn)，以圖紙為前提，在加強(qiáng)加工效率的基礎(chǔ)上，控制零件加工精度，是薄小零件加工中的關(guān)鍵。文中的某精密儀器底板框，相對來說加工難度還是不大的，只需注意設(shè)計(jì)圖紙的審閱，選擇合適加工工藝，采用適當(dāng)方法解決夾緊問題，在加工中控制零件的精度就能加工出合格的零件。但有些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的薄小零件需要注意的問題就比較多了。因此，在薄小零件的加工與優(yōu)化中，需要注重圖紙、材料、工藝等方面的內(nèi)容，方能保證生產(chǎn)的零件質(zhì)量合格。

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