精密箱體零件的數(shù)控加工

蘇玉權(quán)

（廣東省湛江市技師學(xué)院，廣東湛江 524037）

0 引言

有一批箱體零件如圖1 所示，該零件是卷煙機(jī)上的精密箱體零件，零件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，需要加工的內(nèi)容較多，特別是孔的尺寸精度、孔壁的表面粗糙度、同軸度要求較高，對(duì)其加工具有一定的難度，因此，必須進(jìn)行認(rèn)真分析，并制定相應(yīng)加工工藝方案。

圖1 箱體

1 零件的結(jié)構(gòu)工藝性

（1）該零件毛坯為2A12 高強(qiáng)度硬鋁，鑄造成型，鑄造時(shí)留單邊余量為5 mm，并做時(shí)效處理。2A12 是一種高強(qiáng)度耐熱硬鋁，在退火和剛淬火熱變形時(shí)塑性中等，可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，退火后在人工時(shí)效狀態(tài)下切削加工性良好，用於制造要求高負(fù)荷的零件以及在150 ℃以下工作的零件。

（2）該零件由平面、型腔以及孔等組成，尺寸為490 mm×425 mm×345 mm。兩側(cè)均有2-Φ40、2-Φ20 孔（圖2）。兩側(cè)孔的尺寸要求較高，Φ20 孔公差僅為0.013 mm，而Φ40 孔公差僅為0.025 mm。孔壁表面粗糙度均為Ra 1.6 μm。各孔之間的相互位置精度要求較高，右側(cè)2-Φ40 孔相對(duì)于左側(cè)2-Φ40 孔的同軸度公差僅為0.03 mm，而右側(cè)2-Φ20 孔相對(duì)于左側(cè)2-Φ20孔的同軸度公差僅為0.025 mm，各孔平行度允差為0.02 mm。

圖2 側(cè)孔Φ40、Φ20 示意

2 技術(shù)難點(diǎn)

（1）兩側(cè)孔的尺寸精度及表面粗糙度要求較高，Φ20 孔公差僅為0.013 mm，而Φ40 孔公差僅為0.025 mm，孔壁表面粗糙度均為Ra 1.6 μm。

（2）由于該零件是鋁合金結(jié)構(gòu)且為殼體，在裝夾和加工過(guò)程中容易變形，不利于加工質(zhì)量，甚至可能造成工件的報(bào)廢。

（3）該零件大部分為殼體，在加工過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng)的可能性較大。在零件的裝夾和加工過(guò)程中應(yīng)充分考慮工藝系統(tǒng)的剛性，以避免加工過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)影響零件質(zhì)量。

（4）以往把箱體的連接孔的加工、軸承擋孔的加工、平面的加工都放在龍門(mén)刨床、鏜床和鉆床上完成，但這樣加工質(zhì)量難以保證且生產(chǎn)效率過(guò)低。該零件尺寸精度、同軸度、表面粗糙度等技術(shù)要求之高，現(xiàn)有的普通加工設(shè)備無(wú)法完成該零件的加工任務(wù)。

（5）在普通立式加工中心上加工該零件則需要調(diào)頭裝夾分別進(jìn)行加工，增加裝夾次數(shù)，加大操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，不利于提高生產(chǎn)加工效率及保加工精度和加工質(zhì)量。

3 采取的技術(shù)措施

為保證加工質(zhì)量并提高加工效率，經(jīng)認(rèn)真分析零件結(jié)構(gòu)工藝性、技術(shù)要求和加工難點(diǎn)，制定了一套行之有效的加工工藝方案。采取的技術(shù)措施包括：正確選擇機(jī)床、制定裝夾方案、制定合理的加工工藝流程、合理選用切削刀具和切削用量、合理編制加工程序。

3.1 零件在普通銑床粗加工

工件上加工中心前準(zhǔn)備工序由普通銑床來(lái)完成，其主要原因，一是減少在加工中心加工大余量加工造成的熱變形；二是為了加工中心提供一定的定位基準(zhǔn)；三是提高加工效率。在普通銑床銑削外形各個(gè)面并留余量。以?xún)?nèi)腔校正，分別進(jìn)行：①粗銑外形345±0.1 mm 兩側(cè)面及底平面，各面留0.5 mm 余量；②其余各面留0.5 mm 余量、互成90°；③銑削窗口，周邊留1 mm 余量；④銑頂面內(nèi)框周邊，銑搭扣位置。

3.2 加工中心數(shù)控加工

數(shù)控機(jī)床的選用，為保證加工精度和提高生產(chǎn)效率，選擇TH6550×50 臥式加工中心加工該件。機(jī)床配有FANUC Series 0i MC 數(shù)控系統(tǒng)，帶數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)（第4 軸），刀庫(kù)容量為24把，由機(jī)械手自動(dòng)換刀。工作臺(tái)總體面積500 mm×500 mm，工作臺(tái)總承載500 kg，三軸行程（X、Y、Z）為700 mm×650 mm×600 mm。TH6550×50 臥式加工中心對(duì)于加工變速箱體這種多工位、多工序的零件，與普通銑或數(shù)控銑機(jī)床相比，有其獨(dú)特的優(yōu)越性，它一次裝夾可完成工位的鉆、擴(kuò)、鉸、鏜、銑、攻絲等工序。

3.3 專(zhuān)用夾具的結(jié)構(gòu)及使用

該工序主要是精加工A、B、C、D 各面及B、C 面2-Φ40 孔的鏜削加工，2-Φ20 孔的鏜削加工，加工各型腔、窗口，連接孔的鉆孔及攻絲。針對(duì)該工序的加工特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一套專(zhuān)用夾具（圖3），主要由夾具體、定位塊、彈簧、螺栓、壓板、螺母等組成。使用時(shí)將工件E 面放到定位塊上，由于定位塊具有彈性，即使E 面型腔尺寸變化，工件E 表面仍然能夠靠平夾具體平面上，從而使工件能夠快速初定位。該夾具是組合夾具，能夠快速拼裝和調(diào)整，并具有定位精度高，加緊牢固可靠，適合小批量多品種的生產(chǎn)特點(diǎn)。

圖3 專(zhuān)用夾具

如圖4 所示，夾具的安裝及校正步驟：①將夾具安裝到工作臺(tái)上，在主軸上裝好百分表，調(diào)整Z 軸使百分表觸頭壓到夾具體側(cè)面上，X 向手動(dòng)回移動(dòng)工作臺(tái)，讀出百分表在夾具體兩端的讀數(shù)之差，調(diào)整夾具，反復(fù)測(cè)量，直到百分表在夾具體側(cè)面兩端的讀數(shù)之差在0.01 mm 以?xún)?nèi)；②調(diào)整百分表位置，移動(dòng)Y 軸使百分表觸頭接觸夾具體上表面，分別在X 向及Z 向移動(dòng)工作臺(tái)并讀出百分表在各點(diǎn)讀數(shù)之差，調(diào)整夾具體，反復(fù)測(cè)量直至百分表在各點(diǎn)讀數(shù)之差小于0.01 mm；③用螺釘將夾具體固定于工作臺(tái)上；④依照前文所述方法再次測(cè)量夾具體，看夾具體位置是否有變動(dòng)，如有變動(dòng)則需重新調(diào)整。

圖4 夾具安裝及校正

3.4 加工工藝說(shuō)明

加工工藝：①精銑上下表面（即E、F 面）至要求；②精銑A、B、C、D 各面至要求；③加工各面上窗口及型腔；④鉆2-Φ20，鉆擴(kuò)2-Φ40 孔；⑤粗鏜2-Φ20、2-Φ40；⑥精鏜2-Φ20、2-Φ40 孔；⑦鉆各螺孔；⑧攻螺紋。

3.5 程序編制

（1）鏜孔使用G76 指令編程，編程時(shí)設(shè)置好Q 值，鏜孔完成后，主軸會(huì)向刀尖相反的方向移動(dòng)以定位Q 值，退刀時(shí)可避免刀具劃傷孔表面。

（2）該箱體零件有多處相同加工內(nèi)容，可將其編寫(xiě)成為子程序，減少編程工作量。

（3）在同一面上有多處相同加工內(nèi)容，可采用坐標(biāo)偏移指令G52 編程。

（4）在編程時(shí)把工步與工步之間增加M01 指令（程序暫停指令），并與機(jī)床上的“OPTIONAL STOP”開(kāi)關(guān)配合使用，在機(jī)床換刀可先停止運(yùn)行，這個(gè)時(shí)候可檢驗(yàn)換刀的準(zhǔn)確性，并能對(duì)程序進(jìn)行驗(yàn)證，批量加工時(shí)只需將“OPTIONAL STOP”開(kāi)關(guān)關(guān)閉，程序仍執(zhí)行連續(xù)運(yùn)行模式。

3.6 刀具與切削用量

（1）精加工零件表面時(shí)為提高切削效率，獲得較好的表面加工質(zhì)量，選用Φ80 mm 飛刀盤(pán)（六合金），切削用量為：S1500 r/min，F(xiàn)700 mm/min，dp0.5 mm，de60 mm。為有效防止鋁加工的變色，確保加工后的鋁表面光亮，必須合理使用切削液充分冷卻。

（2）鏜孔時(shí)為保證孔精度，粗鏜時(shí)可用普通鏜刀，精鏜時(shí)刀選用微調(diào)鏜刀，粗鏜用量為：S350 r/min，F(xiàn)50 mm/min，dp1 mm。精鏜用量為：S400 r/min，F(xiàn)30 mm/min，dp0.25 mm。在鏜削過(guò)程中為保證孔的精度及獲得較好的表面質(zhì)量，須合理使用切削液充分冷卻。

（3）鉆孔及攻螺紋時(shí)根據(jù)螺孔大小選用相應(yīng)鉆頭，切削用量則根據(jù)工件材料及鉆頭大小查相關(guān)手冊(cè)進(jìn)行選用。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)充分利用四軸臥式加工中心的優(yōu)勢(shì)，并合理制定箱體類(lèi)零件加工工藝方案，使在普通機(jī)床和立式加工中心加工中解決不了或難以解決的問(wèn)題，得到了很好的解決，不僅保證了加工質(zhì)量，還提高了加工效率。加工后該箱體零件使用效果良好，整個(gè)加工周期比以前縮短了1/2 以上。