提高薄板类零件数控加工的质量

华团林 赵 鹏

（陕西凌云电器集团有限公司，陕西宝鸡721006）

各种设备的衬板、面板由于其结构形式比较特殊，面积大，平面布局复杂，精度要求较高，在设计一般时采用薄板类零件。但该类零件厚度薄、易变形，给生产加工带来一系列的困难。

以笔者所在单位为例，我单位在制作检测仪等设备时，其面板所用零件均为薄板类零件，其材料薄，孔位多，在加工过程极易变形，在工艺实现过程中，可通过改进装夹方式、合理地选用刀具、选择合适的切削用量、优化刀具路径等方式，提高加工质量。

图1 零件线架图

如图1所示的是我公司为某型检测仪面板，该零件加工要素多，并且孔距尺寸有精度要求，为了确保质量，提高效率，所以在制定工艺方案时以数控加工为主。

该零件的厚度为5mm，长为482.6mm,宽为173mm，所以确定工艺流程时，毛坯料选用5mm厚的铝板。根据零件的长宽尺寸及加工、装夹余量，下料尺寸确定为493mm×211mm。具体的加工流程为：将此板料用压板装夹压在机床台面上，先加工背面，加工内容依次为左右台阶深2，左右外形，上下台阶深1.5，上定位边（铣后余量为18），2-φ14沉孔深1.8，4处腰孔，方腔36×36深2。然后翻面铣主视图深1.2大方腔，铣圆孔φ31、φ16.2，铣25处小方孔，铣深2台阶方孔及大方孔，用φ1.5中心钻点所有孔位，最后铣上下外形完成零件的数控加工。

根据零件的结构特征及加工内容，在试加工时，确定的工艺方案为：背面先用φ10键槽铣刀进行加工，然后用φ4立铣刀按要求清角。正面加工方腔时，其底面改用φ16立铣刀加工，其它刀具和背面相同。编程时将挖槽加工方式选为双向切削。由于直线下刀时刀具底齿磨损快，影响使用寿命，所以采用螺旋线下刀方式。

在设置加工参数时，对φ10键槽刀，主轴转速S=1300R/min，进给速度VF=150mm/min；对φ4立铣刀，主轴转速S=1800R/min，进给速度VF=100mm/min，对φ16立铣刀，主轴转速S=1000R/min，进给速度VF=110mm/min。在铣背面左右台阶时，在上下两边各压两个压板。

在实际加工过程中，发现毛坯料发生变形，大方腔底面刀痕明显，特别是有一道斜拉的刀痕。待加工完成后，一松开压板，零件就沿长度方向发生明显弯曲变形。为了消除影响，先对其进行校平，对于腔底的左右横向刀痕，采用砂光方式。对该零件进行首检，结论为不合格，主要问题是：背面的左右台阶局部铣深，孔距尺寸461.6、438.6、411.5和400，实测偏小，比图纸要求尺寸超差了0.2～0.3mm，大方腔底部有刀痕，底面粗糙度差，达不到图纸要求。

试制结果不理想，分析其最主要的原因：铣大方腔时，零件沿左右方向产生翘曲变形，导致左右两端孔距尺寸偏小。再加上零件厚度尺寸小，刚度小，刀具切削工件时，由于残余应力的释放以及刀具对工件的切削力使工件产生变形。方腔底面刀痕的形成及台阶面的局部铣深都与工件的变形有关。综合以上分析，造成零件不合格的原因是加工变形，因此要提高零件的质量，就必须减小加工变形。

针对分析的原因，对数控工艺进行改进，具体如下：

1）改进装夹方式。在铣左右台阶时，加工面距离压板较远，工件在加工过程中变形较大，产生局部的凸起，因此会使工件在厚度方向的加工尺寸不一致，造成局部铣深。经计算零件左右两边各有5.2mm余量，在它的两边各增加一个压板伸进2mm压紧零件，这样就限制了加工左右台阶时工件的变形，可解决左右台阶局部铣深的问题。

2）合理地选用刀具。加工大方腔时，由于刀具直径选用过大，切削力相应变大，零件加工变形增大，所以将φ16立铣刀改换为φ10键槽刀。

3）选择合适的切削用量。加工大方腔时，将深度余量1.2mm分两次加工，第一次粗铣0.9mm，给精铣留下0.3mm余量，这可通过编程中的分层铣削来实现。打开深度切削参数对话框,设置最大粗加工余量为5，精加工次数为1，精加工余量为0.3。在精加工时，将主轴转速提高到S=1800R/min，进给速度提高到VF=160mm/min，这样可以减小加工变形。

4）优化刀具路径。编程时在挖槽加工方式中选双向切削，将切削角度从0°改为90°，同时在Z向精铣时不要选择“不抬刀”，去掉了工件底部的斜向走刀路径，深度切削顺序选为按槽加工，这样就减少了重复走刀，可降低精加工表面粗糙度值。将刀具路径从0°长度方向调整为90°宽度方向，这样的刀具路径其优点在于它改变了应力变形的方向，工件宽度方向尺寸小，由应力引起工件的拱起变形减小。

经过以上调整后，对该零件重新进行试生产加工，零件的加工变形相对于第一次明显变小，检验结果表明，零件尺寸、粗糙度等均符合图纸要求，有效地提高了该零件的数控加工质量。

面板类零件由于结构比较相近，此种加工方法也可在其他类似产品中得以推广。

随后进行了相关试验，总结了薄板类零件数控加工的经验和基本规律为：薄板类零件在加工中极易产生变形，装夹很关键，为了减小零件的加工变形，用台面装夹零件时压板位置一定要靠近加工面。合理地选择刀具和切削用量，可减小零件加工变形，提高加工精度，并改善其加工表面的粗糙度。编程时应根据零件的结构特征和具体情况，科学地设计数控加工的刀具路径，提高薄板类零件数控加工的质量。

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