復(fù)雜殼體零件的加工工藝與數(shù)控編程

何小江

（西安導(dǎo)航技術(shù)研究所，陜西 西安 710068）

1 工藝方案

1.1 零件分析

零件材料為硬鋁2A12 T4，最大外輪廓尺寸（2160+0.1×193×1460+0.1）mm，如圖1所示。三維模型如圖2所示。殼體壁厚為3 mm，屬于典型薄壁、深腔類零件。零件上下表面除四角外，上下面對稱。零件表面有1條1.78 mm×1.19 mm密封槽，沿壁四周中心分布，6個(gè)10 mm×7 mm凸耳上各有一個(gè)螺紋孔M3-6H，下表面4角凸耳處各有一個(gè)?6.3 mm的通孔。零件上下表面中間凸臺及四周處另有8個(gè)M4-7H深8的螺紋孔。

腔體內(nèi)部有幾處豎直的凸臺，深度、形狀不完全相同。要求較高的平面度和垂直度。殼體左右側(cè)面對稱分布有17個(gè)90 mm×5 mm加強(qiáng)筋，前后側(cè)面上下各有一條寬3 mm，深1的連筋與殼體本體相連。

1.2 工藝分析

1.3 具體工藝方案

1.3.1 粗加工

零件毛坯為（?250×220）mm的棒料，用普通銑床銑六面至（218×195×148）mm，要求各面，，作為粗基準(zhǔn)。在零件中間粗掏（150×90×148）mm內(nèi)腔，利于熱處理。

1.3.2 熱 處理

為了防止后續(xù)加工變形，對材料進(jìn)行低溫去應(yīng)力退火，零件在低于270℃時(shí)入爐，隨爐升溫至270℃，保溫3小時(shí)，出爐空冷至室溫。

1.3.3 精 銑

圖1 零件外形圖

熱處理完成后，精銑零件外形至尺寸（2160+0.1×193×1460+0.1） mm，保證各面，上下表面，作為后續(xù)數(shù)控加工定位精基準(zhǔn)。數(shù)控銑在DMC75V加工中心上完成，具有高轉(zhuǎn)速、高精度等特點(diǎn)。先銑上表面內(nèi)腔凸臺深度，銑密封槽，然后加工螺紋孔，最后銑各凸耳外形。完成上表面加工后，調(diào)轉(zhuǎn)裝夾，銑下表面。然后銑左右側(cè)面加強(qiáng)筋，最后銑前后側(cè)面。數(shù)控銑應(yīng)以零件正中間為定位基準(zhǔn)，加工時(shí)注意刀具轉(zhuǎn)速、進(jìn)給、吃刀量參數(shù)的控制，確保加工質(zhì)量。

1.3.4 數(shù) 控線切割

數(shù)控銑完成后，零件的外形已加工到位。剩下內(nèi)腔的凸臺還沒有加工，由于零件壁薄，腔深，因此安排線切割一次切割內(nèi)腔凸臺成形。本零件在ROBOFIL1020數(shù)控慢走絲線切割機(jī)床上完成內(nèi)部凸臺一次切削成形，整個(gè)零件切削下來耗時(shí)共計(jì)17個(gè)小時(shí)左右。為了控制變形量，零件底部應(yīng)墊上墊鐵。為保證加工精度，線切割應(yīng)與數(shù)控銑采用相同的定位基準(zhǔn)。

1.3.5 數(shù) 控電火花

線切割完成后，零件大部分尺寸已加工完成。局部需要電火花清角，不再詳述。

2 數(shù)控編程[1]

本文運(yùn)用MasterCAM 9.0軟件數(shù)控編程，Mas?terCAM是美國CNC software Inc公司開發(fā)的基于PC平臺的CAM軟件。它集二維繪圖、三維實(shí)體造型、曲面設(shè)計(jì)、數(shù)控編程、刀具路徑模擬等功能于一身，對系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境要求較低，MasterCAM強(qiáng)項(xiàng)在數(shù)控編程尤其在加工二維產(chǎn)品時(shí)，能夠直接讀取AutoCAD零件圖，也可自行繪制二維輪廓圖，無需三維造型，簡單易學(xué)，產(chǎn)生的NC程序簡單高效[2]。

2.1 圖形準(zhǔn)備[3]

將1∶1比例的AutoCAD文件導(dǎo)入到Master?CAM中，每一個(gè)加工面放在一個(gè)圖層上。

2.2 刀具設(shè)置

本文在加工中運(yùn)用到?16 mm、?8 mm、?6 mm、?4 mm、?3 mm、?1.5 mm的平刀，?1 mm的中心鉆，以及?1.8 mm，?2.7 mm，?3.75 mm、?5.3 mm鉆頭，及M2、M3、M4右旋螺紋擠壓絲錐。

2.3 刀具路徑

本文以加工正面為例，說明刀具路徑的生成。

2.3.1 挖 槽加工[4]

在銑正面內(nèi)腔凸臺深度的時(shí)候，采用挖槽加工。運(yùn)用?8mm平刀，采用一般挖槽方式，分層銑深。X、Y、Z方向不留預(yù)留量。為了減少走刀，作輔助線以限定走刀范圍。

2.3.2 外 形銑加工

銑密封槽時(shí)，利用外形銑削方式。采用?1.5mm平刀，沿密封槽內(nèi)外外形線走刀，分層銑深，注意吃刀量和進(jìn)給速度，為了防止刀具折斷，每次吃刀0.1 mm，轉(zhuǎn)速為1000 r/min，進(jìn)給為50 mm/min。周圍凸耳的銑削同樣采用外形銑削方式，采用?8平刀，分層銑深。銑完后，再用?6平刀清角凸耳外形至R3。

圖2 零件三維示意圖

2.3.3 孔 加工路徑

（1）點(diǎn)孔 采用?1 mm的中心鉆，運(yùn)用G81方式鉆定位用孔，孔深1 mm。

（2）鉆螺紋底孔采用G83指令，分別用?2.7，?3.75鉆頭鉆M3，M4螺紋底孔。對M4螺紋孔，底孔應(yīng)鉆10 mm深，M3底孔應(yīng)鉆至比凸耳高度深1～2 mm，也就是鉆至-9 mm。

（3）攻絲 采用M3、M4右旋螺紋擠壓絲錐攻螺紋，注意轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、下刀速度等參數(shù)，以防絲錐斷裂，導(dǎo)致零件報(bào)廢。

2.4 模擬加工

MasterCAM具有實(shí)體模擬功能，可以檢查刀具是否有碰撞、干涉等。

2.5 小結(jié)

本零件六個(gè)面都為加工面，上下平面形狀基本一致，只是多了兩個(gè)（26×6）mm，（25×6）mm的大凸耳而已。左右側(cè)面、前后側(cè)面均對稱，因此數(shù)控編程時(shí)用到了挖槽銑、外形銑、點(diǎn)孔、鉆孔、攻絲等功能。局部清角時(shí)為了減少走刀路徑，應(yīng)適當(dāng)做輔助線。銑左右側(cè)面的時(shí)候，要考慮到上下面凸耳的圓角，編程時(shí)應(yīng)考慮余量，防止將凸耳圓角銑掉。同時(shí)，調(diào)面裝夾加工時(shí)，一定要注意對刀原點(diǎn)。

總之，本零件的數(shù)控編程工作量較大，但并不是特別復(fù)雜，關(guān)鍵在于細(xì)心，考慮周到。對圖形要多檢查幾遍，以防出錯。

3 結(jié)束語

薄壁類零件難點(diǎn)在于控制加工過程中的變形，通過以上工藝安排，零件加工出來滿足要求。運(yùn)用MasterCAM進(jìn)行二維數(shù)控編程，簡單，易學(xué)。本文通過典型殼體類零件的加工，詳細(xì)介紹了工藝方法和編程過程，對這種薄壁類零件的生產(chǎn)具有一定借鑒作用。

［1］王維.數(shù)控加工工藝及編程［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

［2］張?jiān)罘ǎ戩?，尚洪?MasterCAM X實(shí)用教程［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2009.

［3］吳長德.MasterCAM 9.0系統(tǒng)學(xué)習(xí)與實(shí)訓(xùn)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

［4］敖春根.用MasterCAM軟件編程的腔體模具零件的數(shù)控加工技術(shù)［J］.機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2006（5）：170-172.