加工中心加工支架类零件新探

摘 要：加工中心是现代化制造中重要的工具,运用现代化工具提高对支架类零件加工有重要意义,本文对支架类零件装夹、刀具、工艺分析进行探索.

关 键 词：支架类零件；刀具；加工工艺

1.引言

加工中心适合铣削结构比较复杂、加工精度高、小批量、高效率零件的生产,对缩短加工工艺、简化夹具、提高加工的精度和效率有很大帮助.

支架类零件是精密结构部件的主体,常在支架上安装轴、套、滑轮等零部件,保证各拉杆和运动单元正确的位置并使其协调灵活的运动.零件的结构比较复杂、孔多、壁厚比较薄,加工易变形、形位公差高、装夹次数多.

2.装夹技术分析

本产品的形状比较简单、尺寸精度高、加工面和工序多等加工工艺的特点,在夹具上准备好精密平口钳、压板和垫铁.装夹上优先考虑以下四方面基本要求：

2.1.定位可靠

定位是使被加工工件与刀具之间有明确的位置关系,在同一工序加工中不允许有位移现象.选择基准对定位有重大影响,选择的基准有三个要素,选择的基准要便于装夹；选择精度高的面或孔作为基准；选择的基准与被加工要素之间要有直接的位置关系.

2.2.变形小

在装夹过程中,夹紧力过大很容易破坏工件,做出的工件容易发生变形,夹紧力过小,受径向切削力影响,工件容易移动或飞出.加工中尽量选择宽的边进行装夹,有效利用压板等辅助工具.

2.3.没有干涉

根据图纸要求,选择合适的夹具、刀具和装夹位置,刀具与夹具、刀具与零件之间不能发生干涉,否则容易破坏夹具和零件.合理安排装夹位置,零件装夹的位置不能超过机床的行程和换刀.

2.4.稳定可靠

加工中抗震性好,装夹系统确保粗加工后工件的位置不变,批量生产中每次装夹的误差可控.

3.刀具选择

支架类零件材料有较高的硬度和强度,加工中切削力大、温度高、断续切削的特点比较突出,选择刀具时要求刀具刃口有足够的强度和耐磨性、低摩擦系数、高硬度.

3.1.刀具材料

3.1.1.高速钢：高速钢具有良好的综合性能,允许有较高的切削速度.便宜,常用来铣削铝材等硬度较小的材料.常用的牌号有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等.

3.1.2.硬质合金：常用的碳化钨基硬质合金有钨钴类和钨钛类.钨钴类合金主要用于制造硬质合金刀具,具有很高的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性,具有极强的抗塑性变形能力和刃口强度.硬质合金刀具比高速钢切削速度高4～7倍,刀具寿命高5～80倍,可加工50HRC左右的硬质材料.

3.1.3.陶瓷、金刚石、立方氢化硼等超硬材料：耐磨性好,可以加工高硬度材料；摩擦力小,加工零件表面的粗糙度好；耐高温,可以在1200℃下连续切削；耐用度是传统刀具的50～80倍,制造困难,昂贵.

综合比较材料和刀具材料切削性能、制造成本、效率因素,选择硬质合金刀具做普通支架类零件比较合适.

3.2.几何参数

3.2.1.前角：增大前角刀具变得锋利,切削变形减少,切削力和主轴动力降低.但强度降低,易产生折断或崩刀现象.在切削硬度和强度大的材料时前角取0°～10°.

3.2.2.后角：增大后角可以减少刀具与被加工工件的摩擦,减少后刀面的磨损.后角过大,切削中容易产生震动,影响加工质量和刀具寿命.实际生产中可根据切削厚度来选择后角的大小,一般为6°～12°.

3.2.3.主偏角：在铣削中,增大主偏角使得径向切削力减小,刀具的抗震性能力强,切削深度也随之增加.铣削台阶时选取90°,铣削平面时选取60°～75°.

3.3.切削量

切削参数主要有切削速度、进给量、切削深度.给定合理的切削参数,直接影响加工质量、生产率、生产成本.先选择最大的切削深度,适当调整进给量,合理给定切削速度,切削速度过快加工零件表面粗糙度好,但刀具磨损严重.

在反复试验中,刀具参数选择如表1

4.工艺设计

典型支架类零件,该零件选择加工中心加工比较合适,从加工内容上分析,其可分为平面、台阶、螺纹、外轮廓和高精度孔.其中螺纹和镗孔程序比较简单,可以用手工编程直接完成.台阶和外轮廓都属于二维轮廓类编程,适宜用MasterCAM编程.结合支架类零件加工有效部位小、工序多、支撑部位精度高等特点,该类零件加工机床选择的机床为友佳VMP-23A.

根据毛坯和机床特点,工艺安排如下：粗、精铣基准面（底面）→钻4×Φ16底孔→精加工4×Φ16底孔→钻Φ36底孔→铣削台阶→

粗铣外轮廓→镗Φ36孔→铣削另一面→精加工台阶.

加工第一难点分析,工件底面与其他轮廓的形位公差多,选择该面为基准容易保证其他轮廓的位置公差.因底面有粗糙度要求并且加工深度浅,宜采用端面铣刀高转速的加工方式,避免用小直径刀具加工会带来复杂的加工轨迹.

加工第二难点分析,4×Φ16的定位孔与底面有垂直公差要求,采用底面与定位孔的加工在同一次装夹中完成,以机床精度来保证其垂直公差.四个定位孔之间的位置误要求高,选择中心钻做好定位,用Φ9.8的钻头钻好底孔.

加工第三难点分析,外轮廓形位公差要求高,必须遵循粗加工、半精加工、精加工的工艺顺序.粗加工选Φ16大直径的立铣刀,尽量多去除余料.从图纸上可知工件壁厚8mm,轮廓比较平直,选取分层的加工方式,并选择立铣刀的有效刃长L>8.

加工第四难点分析,按先面后孔的工艺,以底面为基准先加工80×80的上表面,再加工Φ36的孔比较合理.Φ36孔的公差要求高、孔径大、单一孔的特点,选择先铣底孔再镗削的工艺,加工过程中注意铣削深孔容易造成上大下小的现象,避免超差,最后一步用镗刀慢速精加工.

5.小结

支架类零件在铣削加工中比较频繁,深入分析此类零件加工工艺,建立完整的加工流程,对提高加工效率和加工质量有明显成效.为现代化制造带来很大的社会效益.