高速切削在精密微小零件加工中的應(yīng)用

孫傳國

（中國電子科技集團公司第41研究所，山東青島266555）

1 引言

在1931年德國科學(xué)家所羅門博士根據(jù)研究成果得出結(jié)論：“當(dāng)以適當(dāng)高的切削速度（約為常規(guī)速度的5～10倍）加工時，切削刃上的溫度會降低，因此有可能通過高速切削提高加工生產(chǎn)率”。以此成果為依據(jù)的高速切削概念隨后逐漸在工業(yè)實際應(yīng)用中推廣。

耦合環(huán)類零件是電子測試儀器的重要部件，尺寸細(xì)小，具有尺寸精度高、表面粗糙度低以及形位精度高的特點。如圖1所示耦合環(huán)的壁厚為0.03mm。在最初的加工實驗時采用過慢走絲線切割銅片加工成形，但因其壁厚為0.03mm，小于放電腐蝕尺寸，故加工結(jié)束時零件已經(jīng)被電腐蝕掉。在其后長期采用模具沖壓成型，雖然保證了壁厚要求，但形位精度一直得不到很好的滿足，影響電性能指標(biāo)。同時沖壓此類零件的成品率低，生產(chǎn)效率也很低。隨著電子測試儀器性能要求的不斷提高，沖壓成型的工藝方法已不能滿足其電性能要求。近來我單位開始應(yīng)用高速加工，為此類零件工藝方法的改進提供了很好的平臺。

圖1 耦合環(huán)示意圖

2 高速加工的工藝設(shè)計

因耦合環(huán)的尺寸細(xì)小，其外形特征決定了零件不具有可夾持面和可夾持空間，無法通過正常的裝夾方式進行加工，因此采用“微應(yīng)力”裝夾方式——膠結(jié)方式。

由德國科學(xué)家所羅門博士的研究成果可知，在高速加工時，高速銑削采用了比常用銑削加工更快的銑削線速度和進給速度，因此會選用比常用銑削加工更小的軸向和徑向進給；高速銑削加工過程中，大量因銑削加工產(chǎn)生的熱被高速飛濺出的切屑帶走，工件表面因加工產(chǎn)生的溫度也比常用銑削加工產(chǎn)生的溫度低，由此減小了工件在加工中產(chǎn)生的熱變形，同時高速銑床具備高剛性和高精度等性能，保證了耦合環(huán)的高精度要求；隨著銑削線速度的提高，銑削力略有下降，表面質(zhì)量提高，能保證耦合環(huán)側(cè)面的質(zhì)量要求，同時高速銑削加工銑削力小，高速主軸有較高的穩(wěn)定性，可加工出高質(zhì)量薄壁零件；高速加工較小的銑削力又適合使用小直徑的刀具，有利于耦合環(huán)細(xì)小尺寸的加工?？偟墓に囋O(shè)計為：下料→正面銑外形→清洗，膠結(jié)→反面落料→浸泡，得到成品。

在正面加工時，為了節(jié)約材料，同時減小變形對反面加工厚度的影響，采用排樣加工的方式。選擇合適的尺寸下料，排樣編程，加工出零件的正面形狀。針對圖1耦合環(huán)，下料為35mm×35mm×8mm的黃銅板，排樣加工尺寸如圖2。

反面加工時，采用“微應(yīng)力”裝夾方式——膠結(jié)方式。對于示例零件先超聲波清洗零件，然后將某種快干膠涂于正面已加工的深為4.0mm的腔內(nèi)，再把尺寸為23mm×23mm×3.5mm的銅板膠結(jié)在正面的大腔內(nèi)，反面編程加工落料，最后將加工完的零件放入有機溶劑浸泡一段時間，將自然脫落的零件取出。在正面腔涂膠時，應(yīng)注意將膠盡量涂滿零件周邊的縫隙中，以增加膠與零件的接觸面，增強零件的膠結(jié)牢固程度，減少反面落料加工時零件飛出的幾率。反面落料時，先用加工正面尺寸一樣的腔（如圖3），在零件的厚度上留0.3mm余量，再用小直徑刀具落料，以較小的切削力，保證零件不會飛出。

圖2 正面排樣圖

圖3 反面腔

3 刀具和切削參數(shù)的選擇

圖2中，因深4.0mm的腔只有底面粗糙度的要求，故選用φ4.0mm的鍵槽直角刀開粗，再用另一把φ4.0mm的鍵槽直角刀精銑底面；在圖1所示的耦合環(huán)中，最小的圓角為0.1mm，綜合考慮刀具的成本，選用φ0.3mm的鍵槽直角刀粗銑，再用φ0.2mm的鍵槽直角刀精銑零件外形，以求保證零件的外形尺寸和粗糙度。

表1 刀具參數(shù)表

反面落料時，選用正面腔加工時采用的同一把刀具加工反面腔體。落料刀具選用φ0.3mm的鍵槽直角刀，以保證切削力小于快干膠固定零件的力量。通過如下關(guān)系式確定刀具的參數(shù)表： S1=S2/nZ

式中：S1-每齒進給量；S2-每分進給量，mm/min；n-銑刀的轉(zhuǎn)速，r·min-1；Z-銑刀的齒數(shù) Z。

圖4 折線下刀

刀具參數(shù)確定后，用CAM編程，使用的加工策略如下：

（1）φ4.0mm的刀具加工深4.0mm的腔時，選用Pocket加工策略中的Standard加工，為避免扎刀，選用了折線下刀方式下刀（如圖4）。

（2）φ0.3mm的刀具粗銑零件外形，在Contour選項中，沒有折線或螺旋下刀，為保護刀具，選擇了Contour中的子選項Ramp（如圖5），產(chǎn)生的刀具路徑模擬如圖6。

圖5 Ramp選項卡

圖6 Ramp路徑模擬

（3）φ0.2mm的刀具精銑外形時，選用Contour加工策略中的2D加工，為保護外形的粗糙度，采用了圓弧進刀（如圖 7）。

圖7 圓弧進刀選項卡

（4）φ0.3mm 的刀具反面落料加工，選用Pocket加工策略中的Standard加工，在零件外折線下刀（如圖8），消除下刀時切削力對零件的影響。

圖8 零件外折線下刀模擬圖

4 結(jié)語

通過高速加工在耦合環(huán)類零件中的應(yīng)用，拓展了高速加工在我單位的應(yīng)用范圍，固定了高速加工在高精密微小零件中的加工工藝，確定了高速加工合理的刀具參數(shù)、加工策略，為以后的此類零件的高速加工總結(jié)了經(jīng)驗。

［1］ 艾興.數(shù)控高速切削技術(shù)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2003.