小批量零件的数控加工工艺及方法

小批量零件的数控加工工艺及方法
利用立式加工中心，小批量加工一种圆盘状仪器固定零件。

本文详细介绍了该零件工艺分析及数控加工过程，通过设计、制造专用夹具、选择加工刀具等方面内容，从而提高零件的加工效率。

标签：小批量加工；专用夹具；数控加工；加工效率
1 零件的结构和工艺分析
该零件为本单位自主研发的设备的仪器固定部件。

为了能实现仪器快速安装及稳固、耐用的设计理念，材料采用45钢，零件的M8mm螺纹孔是与试验台的固定孔，直径?28mm的孔为仪器垫脚的安装孔，当仪器旋转60°时，实现快速安装。

（1）零件的加工特点分析。

零件外圆最大直径为?220mm，高度为10mm，底面无其他形状特征，其余特征都在上表面。

即零件只需一次装夹，便可在上表面加工所有特征。

（2）毛坯的选择。

零件形状为圆板零件，如选择方形板材作为毛坯，显然不仅余量多并且不利于批量加工，如选择圆形板材可以利用车床对零件未加工的底部端面进行快速车削。

（3）装夹方式分析。

毛坯无论选择方形或圆形毛坯，如采用传统平口钳或工艺压板装夹方式，零件平面、外轮廓都不能一次加工到位，并且在更换毛坯时不能实现快速装夹、定位，这远远不能满足批量加工的需求。

所以在加工需要设计一套既能快速定位、减少装夹次数的专用夹具。

2 工艺加工解决方案确定
（1）设计专用夹具。

夹具的设计除了考虑工件在夹具上的定位之外，还要考虑夹具在机床上的定位，以及刀具相对于夹具的位置。

通过零件三维图，可以看出零件需要加工的特征主要有阶梯槽及螺纹孔，各特征位置均都以120°分布。

由于槽两端的直径在?18～?28mm之间，将螺栓安装孔设置在阶梯槽两端的圆心处。

由于槽除去的余量较多，位置精度要求不高，且能满足M12mm的螺栓固定。

通过压块将工艺板与机床工作台进行固定后，再将螺栓把毛坯和工艺板进行定位及压紧。

（2）制造专用夹具。

夹具采用了300×200×25mm大小的板材作为工艺板，首先对板材进行6个面加工，并以零件的阶梯槽及螺纹孔的圆心处钻9个直径为?10mm的孔，并将图1所示的阶梯槽的6个孔进行攻丝。

红色部分为第一次装夹的螺栓孔，加工时设置 3 个小于?28mm圆柱的避让几何体，避免铣削平面及挖槽开粗时与螺栓进行干涉。

当轮廓及槽的部分毛料铣削完后，再用螺栓套
在?35mm的圆型压片上，安装在蓝色部分螺栓孔后，再卸下红色部分的3个螺栓，设置3个?40mm圆柱的避让几何体，再对未加工的槽进行加工。

（3）加工毛坯的装夹及定位孔。

由于圆板毛坯厚度不均，两端面都不平整，厚度误差在1～3mm之间，为了避免在毛坯钻孔时，孔的垂直度及位置产生较大的偏差，先利用车床将毛坯两个端面车削平整，为了能快速找到定位孔的大概位置。

采用尺规方法，裁剪一张与毛坯尺寸一样的圆形的硬纸板。

3 零件数控加工工艺过程
（1）设备选择及编程软件。

零件加工选用设备为5台北京机电院VMC750E 立式加工中心，机床操作系统是FUNAC OIMC操作系统，该零件的数控加工程序是用数控加工软件UG4.0生成。

（2）刀具及切削参数选择。

利用加工中心批量加工零件时，选择合理的刀具类型及刀具长度，确定工件在工作台上的最佳位置[3]，也要保证加工连续高效，必须要有刚性好、动平衡佳、排屑性能优良、耐磨性好的刀具。

该零件的加工是采用飞刀（刀杆+硬质合金刀片）、硬质合金钻和整体硬质合金刀具综合运用选择方案。

粗加工时需大面积的进行大余量的切削，为提高加工效率，可选择大直径刀具，如飞刀，注意留有的加工余量要均匀合理。

精加工时使用规格较小一些的整体刀具以减小切削阻力，以防弹刀影响加工形状、尺寸和精度。

选择精加工内形轮廓刀具的尺寸，要小于零件型腔最小转角半径，这样有利于在转角处形成圆滑的过渡曲线，避免切削力在转角处突然增大，使刀具折断。

另外，如果刀具切削参数选择不当，会增加零件的内应力，加速刀具磨损甚至损坏，加工时间长，效率低，刀具利用率低。

（3）加工工艺工序过程及程序的编制。

根据综合考虑相关技术要求，该工件的具体加工关键工序如下：
a.工序1是平面铣削的程序，程序编制时建立3个直径小于?28mm圆柱体作为避让几何体，避免铣削平面及挖槽开粗时与螺栓进行干涉。

b.工序2是钻预钻孔的程序，阶梯槽开粗如采用采用斜线下刀方式，?16R0.8mm飞刀与阶梯槽之间拐角较小，在切削时不仅噪声大、容易影响夹具刚性、零件精度和刀具寿命。

在阶梯槽开粗前，采用?20mm麻花钻对零件对阶梯槽预钻工艺孔处理，并将刀具起始点设置在?28mm槽的圆心上，这样不仅可以减少抬刀及刀具磨损，还能提高加工效率。

c.工序3是粗铣外轮廓的程序，在装夹工艺板夹具前应检查毛坯与压块之间的距离，是否满足?16R0.8mm飞刀通过，编制加工程序时刀具的下刀及退刀点不要设置在压块附近，避免刀具在圆弧切入、切出时与压块发生碰撞。

4 总结
数控加工中的工艺规程与夹具设计具有很多独特之处，操作员不仅需要掌握CAD/CAM软件的应用、机床的操作，更重要的是在零件制造过程中，从毛坯选购、加工工艺分析、工艺夹具设计制作及数控加工等方面都是不可忽视的重要环节。

只有进行合理数控工艺规划与数控编程，才能实现高质量高效率的数控加工。

参考文献：
[1]陈小静，李文星.基于转向节锥孔加工的夹具及辅具设计[J].工具技术，2012，46（06）：33-35
[2]田春霞.工件在加工中心上的定位与夹紧分析[J].机械制造与研究，2009，38（02）：55-56。