基于波導(dǎo)蓋板類零件精密加工變形的研究

廖妍　姚棟

摘要：采用理論分析和實踐結(jié)合的方法，建立波導(dǎo)蓋板類零件的加工變形的模型，推導(dǎo)出銑削臺階時的撓度理論解析公式。并且對實際結(jié)果和理論計算進行比較，證明理論解析的模型的正確性。同時，對進一步研究波導(dǎo)蓋板類精密零件加工提供可靠依據(jù)。

關(guān)鍵詞：薄壁；夾具設(shè)計；撓度計算；加工變形

1 概述

波導(dǎo)蓋板系列零件是某產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件的重要組成部分，零件材料為鋁板2A12 T4，厚度0.8mm，零件雖結(jié)構(gòu)簡單，但尺寸精度要求較高，加工難度較大。本文所有分析以1類波導(dǎo)蓋板1為例，零件部分尺寸如下圖1所示：

2 工藝路線

波導(dǎo)蓋板類零件采用0.8mm厚的鋁板，材料表面為不加工表面，整個零件僅寬度尺寸24.97 （0.020.05.）㎜和深度尺寸0.5（+0.030）mm為精度要求高尺寸。但是由于零件尺寸較小，并且定位面為非加工表面，如果零件裝夾定位不可靠，就會造成零件尺寸超差，滿足不了設(shè)計要求。從精度及結(jié)構(gòu)分析，外形采用線切割加工，不但效率高（多件加工），而且毛刺小，去毛刺容易，避免了去毛刺時零件的折彎變形。因此，在工藝路線安排時，先采用線切割加工外形，再數(shù)銑精加工精密尺寸，工藝路線安排如下：

下料——→線切割——→數(shù)控銑——→鉗——→檢驗——→鍍金

3 前期加工問題

31 寬度尺寸24.97 -0.02-005.mm超差

檢測時發(fā)現(xiàn)部分零件寬度尺寸24.97 （-0020.05.）mm超差，具體表現(xiàn)為構(gòu)成此尺寸的7.8寬的短面與17.45長面的平行度不好，24.97尺寸呈現(xiàn)一頭大，一頭小的現(xiàn)象。

32 深度尺寸0.5+0.030mm超差

深度尺寸0.5+0.030mm在測量中發(fā)現(xiàn)，部分零件尺寸偏大，即深度偏深，且從10種不同波導(dǎo)蓋板看，從5類到1類，超差數(shù)量逐漸增大，超差值也在增大，即5類波導(dǎo)蓋板深度尺寸超差數(shù)量最少，超差值最小，1類波導(dǎo)蓋板超差數(shù)量最多，超差值也最大。

4 原因分析

41 寬度尺寸24.97 0.020.05.mm超差原因分析

以1類波導(dǎo)蓋板1和2為例，零件加工時一次加工兩種零件，使用壓板壓緊。在裝夾過程中是使用內(nèi)六角螺釘預(yù)緊，但是由于沒有限制零件的轉(zhuǎn)動的自由度，使螺釘在擰緊的過程中由于扭矩作用造成零件有小程度的旋轉(zhuǎn)，致使寬度尺寸超差。

42 厚度尺寸0.5+0.030mm超差原因分析

深度尺寸0.5+0.030mm在測量中總是偏上差，經(jīng)對加工工裝和零件特性分析發(fā)現(xiàn)零件在加工過程中，由于壓板的長度尺寸不可調(diào)節(jié)，造成數(shù)銑加工凹臺部位在加工中受到銑刀的牽引力導(dǎo)致未壓緊部位未能貼緊工裝基準面被抬起，最終致使凹臺深度尺寸偏上差甚至超出公差范圍。

根據(jù)零件凹臺尺寸超差原因分析，對零件數(shù)銑加工過程進行受力分析計算，具體數(shù)據(jù)如下所示：

查閱[參考文獻]得知銑削時切削力的計算公式為

P=CP·t0.86·SZ0.72·D0.85·B·Z（1）

其中CP為切削系數(shù)查表得為CP=17，

B為切深即B=0.5mm，

SZ為刀具每齒走刀量SZ=Vf/n*N（n為轉(zhuǎn)速，Vf為進給速度，N為齒數(shù)），

D為銑刀直徑D=5mm，

t為切削寬度t=1mm。

代入數(shù)值得：

P=17·10.86·0.030.72·50.85·0.5·3（2）

由于加工時刀具切削刃有螺旋角故上試求得的力實際為加工時所受到的合力，即實際情況下刀具受力如圖所示：

考慮到加工時刀具對工件會有一個與Fz相反的力，會對工件有向上的作用力即-FZ=-1/2P（3）

根據(jù)理論力學，懸臂梁撓度方程可得：

W（x）=Px2/6EIy·（3Lx）（4）

P為受力的大小，

E為材料的彈性模量，

Iy為慣性矩，

X為刀具中心距離壓緊點的距離取10mm

代入數(shù)值可得

W（x）=0.000036m

即W（x）=0.036mm

根據(jù)上述計算可知，當加工長度尺寸最大的1類波導(dǎo)蓋板1時，由于壓緊點不可調(diào)節(jié)，造成零件的撓度值達到零件厚度尺寸的極限，使尺寸保證困難。同理推算可得，在加工其余9種不同長度的波導(dǎo)蓋板零件時，都會產(chǎn)生不同的撓度值，致使零件存在尺寸不同程度的尺寸超差風險，當X值越大，撓度值W（x）越大，超差數(shù)量越多。

5 解決措施

5.1增加限位擋板，可靠定位

針對寬度尺寸24.97 （0.020.05.）mm尺寸超差，是因為零件在扭矩的作用下發(fā)生轉(zhuǎn)動，所以在工裝的四周設(shè)計四個小擋板，在壓緊壓板之前，先使用擋板限制零件沿螺釘方向的轉(zhuǎn)動，防止在壓緊壓板同時零件發(fā)生位移。零件加工安裝示意圖如下圖所示，由于擋板的作用，可靠地保證了零件在壓緊螺釘和數(shù)銑加工中的零件寬度尺寸。

5.2改變壓板形狀，可靠壓緊

針對厚度尺寸0.5（+0.030）mm超差，在后期加工中改進加工工裝，將壓板設(shè)計成可以調(diào)節(jié)壓緊位置的L型壓板，滿足10種不同尺寸規(guī)格的波導(dǎo)蓋板，在數(shù)銑加工中，使刀具在銑削過程中不會被刀具抬起，可靠保證零件的凹臺尺寸要求。

6 結(jié)語

通過對波導(dǎo)蓋板加工中出現(xiàn)的情況進行深入細致的分析，和改進加工工裝，選擇合理切削參數(shù)完成了該零件的加工任務(wù)，保證了設(shè)計要求。并且通過工裝壓板的優(yōu)化，縮短了零件加工周期，節(jié)約了成本，提高了零件裝配質(zhì)量。

參考文獻：

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