薄壁铝合金箱体零件的数控加工

正面（A 面）定位
1
半精铣反面（B 面） T02 准10 1500 600
1
反面（B 面）定位
2
半精铣正面（A 面） T02 准10 1500 600
1
3 精铣正面（A 面）轮廓 T03 准6 2000 800 0.1
4
加工正面 R2 圆角
T04 准4 2000 400 0.1
5 钻正面 18-M2-6H 中心孔 T05 90°×φ5 2000 400
最大只能 4mm，但当铣刀直径过小时，精加工腔底表面时切削
步距会小，会显著增加切削时间，另一方面，当刀具直径较小时，
刀具抵抗变形的能力会减小，表面质量也会降低。为解决该问
题，在精加工正面腔体时分了两个工步，首先采用 准6mm 立铣
刀加工腔体Байду номын сангаас廓，完成加工后，在采用 准4mm 立铣刀在腔体边
缘清角，铣削时采用切向切入和切向切出[3]。采用该方法后，既 很好的完成了加工任务，保证加工质量；又节省了精加工切削时
DIAO Zhen-hua （Taizhou Higher Vocational School Of Mechanical&Electrical Technology，Taizhou 225300，China）
【摘 要】通过分析铝合金薄壁箱体零件的结构特点和薄壁难加工、内腔圆角半径限制精加工刀具 直径等工艺问题，制定了合适的数控加工工艺。同时选用了 UG 三维软件进行了自动编程与加工，实现了 该零件在加工中心上的高速、高质量加工。
零件的数控工艺过程安排为：粗铣正面（A 面）、粗铣反面（B 面）
→热处理→精铣零件正面、反面和侧面。考虑工件粗加工加工余量
较大，切削力大，工件残余应力较大。为减少工件残余应力，防止薄
壁件变形，在工件粗加工后安排去应力退火热处理工序，工件在箱
式电阻加热炉中加热到 160°C 后随炉冷却[2]。零件精铣正面、反面和
满足 R>0.2H，其中 R 为转接圆弧半径，H 为被加工工件轮廓面的 最大高[1]。本加工工件的转接圆角最小半径为 2mm，腔体最大深
度 14mm，因此内腔精加工时刀具的直径最大选择 准4mm，此时
R<0.2H，考虑刀具的刚度，在后续工序安排时要充分考虑此问题。
（3）虽然数控机床精度很高，但是对于过薄的壁厚，由于在加
6 钻正面 18-M2-6H 底孔 T06 准1.8 2000 400
7 攻正面 18-M2-6H 螺纹孔 T07 M2 200 1mm/r
正面（A 面）定位
8
精铣反面（B 面）
T03 准6 800 800 0.1
侧面定位
9 铣削侧面（C 面）轮廓 T03 准6 800
800
3
10
钻侧面中心孔
T08 准5 2000 400
位置，则编程加工孔系就较方便了。设定工件坐标系 2 时，首先对 进行零件的刀路设定，如图 5 所示，A 面型腔粗加工刀具路径图。
刀在工件左侧面，然后将坐标向 X 正向偏移 9.5mm，此时主轴所 在零件的刀具路径设定完成后，可对零件进行模拟加工，验证刀
在位置即为 X 坐标原点。
路的正确性，如图 6 所示。
11 钻孔 4-准6H8 至 准5.8 T09 准5.8 1500 300
12 铰孔 4-准6H8 至尺寸 T10 准6 1000 100
13 钻孔 4-准5H8 至 准4.8 T11 准4.8 1800 350
14 铰孔 4-准5H8 至尺寸 T12 准5 1000 100
15
钻孔 4-准3
T13 准3 2000 400
中图分类号：TH16 文献标识码：A
1 前言
在机械加工中，箱体零件的加工要求最复杂，不但要保证众 多表面的尺寸精度及表面粗糙度，各孔系的尺寸、位置精度及孔 与平面的位置精度，更要保证各表面间的相互位置精度及避免薄 壁的加工变形。一般情况下，此类零件常在加工中心机床上加工，
而制定合适的数控加工工艺、在工艺指导下编制数控程序是保证 零件加工质量和加工经济性的关键因素。
进行原点设置时，特设置两个坐标系，当工件加工轮廓时，设置工
首先，进行零件的二维造型，在零件造型时要注意：对有公差
件坐标系 1，以工件左侧作为 X 向原点位置，此时编程原点就在 标注的尺寸需按尺寸的中值进行绘制；根据数控工艺的编制确定
定位基面上。当加工孔系时，设置工件坐标系 2，以孔 1 作为原点 正确的原点位置，即加工的编程原点，为后续编程做准备。其次，
按照上述原理设计的程序流程图（图 1）进行。
［M］. 机电产品开发与创新，2004（4）
第 12 期
刁振华：薄壁铝合金箱体零件的数控加工
169
成。零件的主要加工表面在正面（A），如图 1（a）所示。反面（B）及 侧面（C 面），如图 1（b）所示，各表面的粗糙度要求均为 Ra1.6，正 面各腔的轮廓和深度尺寸，如图 2 所示。
侧面的数控加工工序卡，如表 1、2 所示。
表 1 箱体零件数控加工工序卡（单件小批生产）
产品 名称
零件 名称
零件 图号
工序 号
程序 编号
夹具 名称
使用 设备
加工 车间
备注
×××
箱体 零件
J001
0001
O0001
精密平 口钳
HAAS VF3
数控 车间
表 2 数控工艺
工 步
工步内容
刀具 号
刀具 主轴 进给 背吃 规格 转速 速度 刀量 （mm） （r/min）（mm/min）（mm）
168
文章编号：１００１-3997（２００8）12-0168-03
机械设计与制造 Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ ＆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
薄壁铝合金箱体零件的数控加工
第 12 期 ２００8 年 12 月
刁振华 （泰州机电高等职业技术学校，泰州 225300）
NC manufacturing for the part of aluminum alloy thin wall trunk body
120.0
以表格的形式输入并单独形成一个设置文件，两种方法各有特点。
30
3.3 循环方式处理
0.0
这里根据钻孔深度使用 3 种循环，有 G81、G73 和自定义循
40
环。G81 循环用于浓度小的孔，G73 用于深孔，自定义循环用于超
10.0
深度钻孔。自定义循环用来解决断屑和排屑问题，其工作过程是每
2.4 数控加工程序生成
关键词：薄壁箱体；数控加工工艺；加工中心；自动编程 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】The reasonable NC manufacturing technics was made based on the analysis of technical problem for the structure technical characteristic，difficult -to -cutting thin wall，the inner cavity round limitating tool diameter for precision manufacturing. What’s more，automatic NC programming was provided using UG 3D software based on the optimized manufacturing technics and high manufacturing precision was achieved for the thin-wall part. Key words：Thin-wall trunk body；NC manufacturing technics；CNC Machining Center；Automatic NC programming
2-0 +0.1
11-0 +0.1
4-0 2
+0.1
14-0
25±0.1
+0.1
10-0 2
+0.1
6-0
4-R2
+0.1
28-0
+0.4
135+0.2
+0.1
47-0
R2
+0.1
31-0 2-R2
+0.2
50.5-0 +0.4 70+0.2
+0.4
63.5+0.2
+0.2
40.5-0
A
+0.2
13-0
3.3 精加工正面腔体工艺的安排
最后，再根据加工中心的 HAAS 数控系统选择相应的后处
为保证刀具有足够的刚度，当精加工正面腔体时，转接圆角 理类型，生成零件的加工程序，经分布式网络数控系统 DNC-Max
半径为 2mm，按照常规加工方法，精加工时所用铣刀刀具直径 传输至相应机床进行相应的数控加工。
No.12
170
机械设计与制造
Dec.2008
3.2 工件坐标系的运用
用零件的自动数控编程可以进行刀路模拟，提高编程效率并避免
对于零件中孔系尺寸标注引起的编程问题，现在加工中心中 手工数控编程可能引发的错误。本零件运用了计算机辅助制造软
运用多个工件坐标系的方法来解决。如图 3 所示，当对工件侧面 件 UG 进行零件的造型和自动数控编程。
正面（A 面）
反面（B 面）
侧面（C 面） 0.9mm 壁厚
（a）
（b）
图 1 薄壁箱体零件三维简图
由图纸要求分析，零件毛坯采用方料，单边各留 5mm 加工余
量，材料为 LF6 铝合金，在粗加工后进行了热处理。因零件属于
薄壁件加工，且零件的型腔较多，故重点要保证各腔轮廓尺寸和
各腔间的相互位置尺寸。
+0.1
（a）
（b）
图 5 正面腔体不同深度时粗加工刀具路径图
间，提高了加工效率。
3.4 0.9mm 壁厚工艺安排
9.5±0.1
56±0.1
32±0.1 6.5±0.1
126±0.05
110±0.1 94±0.1
孔1
14.3±0.1
12.2±0.2 5.9±0.05 17±0.1
图 3 箱体零件侧面孔定位尺寸简图 （2）零件的内槽和缘板之间的转接圆角半径大小决定了刀具 精加工时的最大直径，而刀具直径的大小与被加工工件轮廓的高 低影响着工件加工工艺性的好坏，为保证刀具有足够的刚度，应
工时产生的切削力及薄板弹性退让极易产生切削面的振动，使薄
板厚度尺寸公差难以保证，其表面粗糙度也将增大。根据实际经
验，对于面积较大的薄板，当厚度小于 3mm 时，在工艺上应特别 重视[1]。对于本零件来说，型腔中的最薄壁厚只有 0.9mm 厚度，在
后续工艺制定时要充分考虑该问题。
（4）虽然加工中心机床能保证很高的尺寸精度和相互位置精
+0.4
140-0.2
图 2 箱体零件正面腔深及轮廓尺寸简图 零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前 提下制造的可行性和经济性。该零件的结构工艺性分析主要注意 以下几点： （1）如图 3 所示，该零件需加工数目众多的孔，且各孔的定位 尺寸基本采用了同一基准引注标注，这种尺寸标注方法十分方便 编程加工，符合基准统一原则，但是由图可知零件的编程原点在 孔 1 上，零件的定位基准面是工件的侧面，如图 3 所示。此处基准 不重合。在零件程序编制时要注意该问题。
3 程序流程图及其说明
3.1 程序流程图
根据钻孔深度自动计算循环次数。
3.4 关于重叠圆的处理
用 2 维软件绘图时，有时可能在一个位置画了多个同一尺寸 的圆。如果不考虑这个问题，会产生多个的坐标尺寸相同的程序段。
参考文献
1 郑堤. 数控机床与编程. 机械工业出版社［M］. 北京：机械工业出版社，2005 2 郑勐，薛军茂. 基于 AutoGAD2000 的数控火焰切割自动编程软件的开发
进给一个设定尺寸后暂停进给一次，实现断屑；进给深度达到排
在开始处先进行程序初始化，包括设置坐标系、换刀、主轴转 屑设定时钻头退出工件表面一次然后再回到零件内，实现排屑；
动、刀具长度补偿、确定循环方式，在循环方式中设定钻孔深度， 返回平面和进给速度。将.DXF 文件中与要钻孔直径相同的孔的 X、Y 数据提取出来，作为钻孔循环的坐标值既可生成符合要求的 加工程序。
2 零件的技术要求和结构工艺性分析
如图 1 所示，应用于高技术通讯领域的某型铝合金薄壁箱体 零件的三维简图。该零件的加工表面较多，有各类型腔及孔系组
＊来稿日期：2008-02-16
44444444444444444444444444444444444444444
100.0
3.2 输入数据的方法
20
输入数据的方法可以在执行程序时逐条提示和输入，也可以
度，但是较难保证两次装夹所加工表面之间的相互位置尺寸，即
难保证不加工表面与加工表面之间的尺寸。如图 2 中尺寸 10 为
保证正面腔底和反面腔底之间的尺寸，因为不在同一次定位中完
成加工，则在后续工艺中要注意此问题。
3 数控工艺分析
3.1 零件的数控工艺安排
本着“先面后孔、先粗后精、先主后次、基面先行”的原则，本