鍵帽類零件數(shù)控加工方法

華團(tuán)林 趙 鵬

（陜西凌云電器集團(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721006）

在市場(chǎng)化經(jīng)濟(jì)中，新產(chǎn)品的開發(fā)是企業(yè)賴以生存和發(fā)展的根本，是推動(dòng)企業(yè)不斷進(jìn)步的源泉。隨著新產(chǎn)品的不斷研制，各種電子設(shè)備對(duì)鍵帽類零件需求越來越多，該類零件具有外形小、曲面復(fù)雜的特點(diǎn)，給生產(chǎn)加工帶來一系列的困難。如圖1所示，是為某型機(jī)載電子檢測(cè)設(shè)備開關(guān)上的按鍵，也叫鍵帽。由于檢測(cè)設(shè)備數(shù)量不多，且處于研制階段，所以在制定工藝方案時(shí)以數(shù)控加工為主。

試制過程中，我們初步確定了如下工藝流程：按圖1要求，鍵帽的最大厚度為6.5mm，故毛坯料選用11mm厚的條料；根據(jù)鍵帽的長(zhǎng)寬尺寸，每個(gè)條料上可以排列6個(gè)零件。具體的加工流程是：將此條料用壓板壓在機(jī)床臺(tái)面上，先加工曲面部分，然后翻面用虎鉗裝夾再加工7.7×7.7方腔，最后由線切割統(tǒng)一割斷成形。選擇11mm厚的條形材料，主要是考慮要留夠加工余量，同時(shí)考慮到裝夾方式、在加工方腔中的4-R1時(shí)所用的φ2立銑刀刀刃長(zhǎng)度問題。根據(jù)零件的幾何形狀，背面方腔及正面粗加工選用二維模組中的外形銑削加工方法；正面輪廓模型為凸形，且側(cè)壁有錐度，選用三維曲面加工中的平行式銑削加工方法進(jìn)行加工；加工過程中采用φ5球頭刀銑削外表面。為了能使零件曲面完全表現(xiàn)出來，在板厚方向留2mm的余量，使6個(gè)零件仍連在一起。然后翻面，用虎鉗裝夾加工7.7×7.7方腔。

在加工過程中，發(fā)現(xiàn)毛坯料發(fā)生變形，使7.7×7.7方腔和4-R1都出現(xiàn)較明顯的偏差。同時(shí)后續(xù)線切割工序的加工也受到影響，出現(xiàn)四邊不對(duì)等的情況。此外，編程時(shí)對(duì)曲面采用的平行式走刀加工的表面也沒有達(dá)到圖紙要求的粗糙度3.2。零件加工完成后進(jìn)行首檢，結(jié)論為不合格，主要問題為鍵帽的正面輪廓模型中心與背面方腔中心不重合，表面粗糙度差，達(dá)不到圖紙要求。

首次試制結(jié)果不理想，造成不合格的主要原因是加工過程中毛坯料變形。造成變形的原因有兩方面：一是毛坯厚度余量不足，在加工反面時(shí)僅有2mm的連接端面，剛度差；二是工藝流程不合理。造成表面粗糙度差的原因與編程時(shí)走刀方式和加工參數(shù)有關(guān)。針對(duì)分析的原因，采取了如下調(diào)整措施，具體為：

（1）改變毛坯厚度。通過第一次試驗(yàn)加工發(fā)現(xiàn)，曲面加工深度達(dá)到8.5~9mm時(shí)，其形狀就可完全顯現(xiàn)。針對(duì)第一次加工方案中出現(xiàn)的變形問題，經(jīng)分析確認(rèn)，材料厚度增加2mm，即從11mm增加到13mm最為合適，這樣在加工第二個(gè)面時(shí)就至少有4mm的連接端面。連接處強(qiáng)度增加，變形問題就可以很快得到解決。但同時(shí)厚度的增加會(huì)帶來一個(gè)新問題，那就是零件背面方腔中4-R1的加工難度增大。因零件底厚為2mm，則意味著方腔的加工深度要達(dá)到11mm，而φ2立銑刀清角時(shí)刀刃長(zhǎng)度只有9mm。針對(duì)該問題，可采用背面開槽的方法，即在需加工方腔上方，增加 10×10（4-R2.5）深 6 的方孔臺(tái)階，那么，φ2立銑刀（刀桿φ6）清角時(shí)刀桿和腔壁即可讓開，這樣就達(dá)到了方腔徹底清角的目的。

（2）調(diào)整加工順序。先加工背面方腔，再加工正面外形輪廓。在加工背面方腔時(shí)，由于厚度加大了2mm，所以整個(gè)條料幾乎沒有變形，關(guān)鍵尺寸7.7×7.7方腔精度可以得到保證，其次在加工第二面時(shí)，各零件連接處厚度是從13到4逐漸減小，零件不容易變形。

（3）改變裝夾方式。兩面裝夾均采用虎鉗裝夾，與第一次方案相比，本次將材料加厚，余量增加，使兩面加工時(shí)都可用虎鉗夾裝，可靠性和裝夾效率得到提高。

（4）改變編程走刀方式。加工完方腔后開始翻面加工曲面，變平行式走刀為等高式走刀，這樣的走刀方式其優(yōu)點(diǎn)在于它是按等高線分層加工，刀具在整個(gè)加工過程中，受力均勻，切削平穩(wěn)，能達(dá)到較高的表面粗糙度要求。編程時(shí)，編制等高式三維曲面刀具路徑，設(shè)置切削方向公差為0.05mm，設(shè)置封閉外形為順銑，開放式外形為單向銑削，設(shè)置間隙選“移動(dòng)量小于容許間隙不提刀的設(shè)定”為平滑，設(shè)置邊界，選“刀具在曲面邊界走圓角”的所有曲面邊界走圓角。

（5）調(diào)整加工參數(shù)。第一次試驗(yàn)的加工刀具及切削用量的參數(shù)為：背面方腔采用φ5鍵槽銑刀加工，方腔4-R1用φ2立銑刀清角，正面粗加工用φ5鍵槽刀去周邊余量，精加工時(shí)選用φ5硬質(zhì)合金球頭刀，精加工時(shí)底部周邊留0.2mm銑削余量，粗加工時(shí)主軸轉(zhuǎn)速S=1500R/min，進(jìn)給速度VF=100mm/min，精加工時(shí)主軸轉(zhuǎn)速S=1500R/min，進(jìn)給速度VF=100mm/min。此次對(duì)參數(shù)調(diào)整主要在精加工階段，為了提高表面精度，將主軸轉(zhuǎn)速提到到S=4000R/min，進(jìn)給速度提到到VF=380mm/min。

經(jīng)過以上調(diào)整后，對(duì)鍵帽重新進(jìn)行試生產(chǎn)加工，檢驗(yàn)結(jié)果表明，零件尺寸、粗糙度等均符合圖紙要求，達(dá)到了預(yù)期目的，此加工方法在其他類似產(chǎn)品中得以推廣。

通過此次試驗(yàn)，總結(jié)了對(duì)鍵帽類零件數(shù)控加工的基本規(guī)律：三維曲面加工的切削方式是零件表面質(zhì)量的重要因素，要根據(jù)加工對(duì)象的曲面特征及刀具特性等進(jìn)行合理的選擇。合理地確定零件的加工順序和加工余量，可以減小零件在加工過程中的變形；合理地選擇刀具和切削參數(shù)，可減小零件加工中的變形，提高加工精度，并改善其加工表面的粗糙度。

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