異形波導(dǎo)蓋板的加工方案及改進(jìn)

01序言異形薄板類零件一直是機(jī)械加工行業(yè)的一大難題，其主要的難點(diǎn)就在于零件不規(guī)則，厚度比較薄。在機(jī)械加工的過程中需要通過設(shè)計(jì)制作專用工裝和專用刀具才能保證其加工精度。異形蓋板的加工是通過設(shè)計(jì)制作楔形側(cè)夾夾具來加工基準(zhǔn)面，然后，加工方式采用動(dòng)態(tài)銑削，以減少產(chǎn)生的切削熱。精鏜孔時(shí)，采用自制的鏜孔專用工裝和鏜刀擴(kuò)大器，來保證產(chǎn)品的加工精度。02零件整體分析某型號(hào)產(chǎn)品異形蓋板是航天領(lǐng)域產(chǎn)品中的重要構(gòu)件，材質(zhì)為不銹鋼（1Cr18Ni9Ti），此種材質(zhì)的塑性比較好，硬度較高，切削性能較差，加工的過程中很容易產(chǎn)生變形。該零件屬于異形零件，產(chǎn)品跨度大（354.4mm×305.1mm），厚度只有3mm，屬于薄板類零件的典型，零件中空，與4塊筋板連接的部位不到1mm，如圖1所示。圖1異形波導(dǎo)蓋板實(shí)體如圖2所示，該產(chǎn)品的跨度比較大，尺寸精度要求比較高。其中中心沉孔Φ92.6mm的公差為0.02mm，平面度要求0.05mm，線性尺寸公差要求0.05mm，位置尺寸公差要求0.08mm。未注尺寸公差為GB/T1004-F級(jí)，屬于精密級(jí)公差要求。圖2異形波導(dǎo)蓋板加工要求由于該零件是不規(guī)則的零件，厚度較薄，故在加工過程中如何防止產(chǎn)品變形、選擇合理的中間精密孔加工方法和如何防止尺寸超差是該零件加工的關(guān)鍵。具體如下：1）如何保證零件基準(zhǔn)面加工的平面度。2）如何減小零件在加工中的變形程度，并保證其幾何公差達(dá)到圖樣要求。3）如何保證零件在不變形或者自然狀態(tài)下，選擇合理的加工方式來加工中間沉孔，并保證其加工精度。03零件加工設(shè)備的選擇該零件的加工設(shè)備選擇精密立式三軸加工中心（見圖3），機(jī)床型號(hào)為V20i，該設(shè)備的機(jī)床參數(shù)如下。1）加工軸數(shù)：3軸。2）加工行程：500mm×400mm×450mm。3）刀庫存儲(chǔ)容量：20把。4）主軸定位精度：0.015mm。

5）主軸圓跳動(dòng)：0.005mm。6）重復(fù)定位精度：0.0035mm。7）工作臺(tái)平面度：0.01mm。根據(jù)產(chǎn)品的外形尺寸大小和精度要求，該設(shè)備可以滿足零件的加工精度要求，故選擇此機(jī)床加工。圖3精密立式三軸加工中心根據(jù)對(duì)零件的分析，該產(chǎn)品材質(zhì)為不銹鋼，所以其加工刀具選用不銹鋼專用涂層刀具，刀具分為粗、精加工，孔加工的刀具選用精密鏜刀。選用50～100mm的內(nèi)徑千分尺和塞規(guī)配合使用檢測中間沉孔，用三坐標(biāo)測量儀檢測其位置尺寸精度和角度，用精密帶表卡尺檢測其線性尺寸。04傳統(tǒng)加工方法及存在的問題4.1

零件傳統(tǒng)的加工方法

該零件傳統(tǒng)的加工工藝路線為：激光切割下料→鉗→加工中心加工→鉗。傳統(tǒng)的加工方法是先用壓板壓持四周，銑中間基準(zhǔn)面，然后換壓板銑周邊基準(zhǔn)面與中間接平；然后翻面壓持采取挖槽和外形銑削的方式加工厚度和外形；再采用外形銑削的方式加工中間孔；最后轉(zhuǎn)入鉗工進(jìn)行去銑加工毛刺和清洗包裝入庫。

4.2

傳統(tǒng)加工方法存在的問題

該零件采用傳統(tǒng)加工方法的問題主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。1）零件基準(zhǔn)面平面度較差且存在接刀痕。2）零件加工完以后產(chǎn)品變形比較大（變形在0.3～0.6mm），導(dǎo)致了關(guān)鍵尺寸超差。3）零件中間沉孔尺寸超差且圓度較差。

4.3

原因分析

由于零件毛坯本身平面度比較差且不規(guī)則，激光切割以后，校平比較困難，壓板分兩次壓持加工基準(zhǔn)面，松開壓板以后零件發(fā)生了反彈，從而使其平面度低，存在接刀痕。翻面將零件強(qiáng)制壓持在工作臺(tái)上加工，采取挖槽的方式對(duì)零件進(jìn)行精加工，加工時(shí)用刀具整個(gè)底刃去切削零件，接觸面積較大，刀具受力比較大，加工過程中產(chǎn)生了大量的切削熱，從而導(dǎo)致了產(chǎn)品變形嚴(yán)重。

采用外形銑削的方式加工，屬于聯(lián)動(dòng)銑削，由于設(shè)備自身聯(lián)動(dòng)存在一定的間隙，所以，中間沉孔的公差難以保證。05改進(jìn)后加工方案的確定5.1

零件加工工藝分析

改進(jìn)后的零件加工工藝路線為：激光切割下料→鉗→加工中心1加工→鉗→加工中心2加工→鉗。首先由激光切割按照?qǐng)D樣要求下料，單邊留5mm的裝夾余量；其次由鉗工將零件毛坯校平到0.3mm以內(nèi)；然后，加工中心按照?qǐng)D樣要求進(jìn)行加工，中間沉孔進(jìn)行半精加工，沉孔Φ92.6mm留精加工余量0.2mm；下一步轉(zhuǎn)由鉗工校平至0.1mm以內(nèi)；再由加工中心自制鏜孔工裝，采取鏜削的方式對(duì)其進(jìn)行精加工；最后轉(zhuǎn)入鉗工進(jìn)行去銑加工毛刺和清洗包裝入庫。

5.2

零件基準(zhǔn)面工裝夾具的研制及基準(zhǔn)面的加工加工該產(chǎn)品的關(guān)鍵就是基準(zhǔn)面的加工，如何保證基準(zhǔn)面加工的平面度。經(jīng)過認(rèn)真分析該零件的特性，研究討論采用自制楔形側(cè)夾工裝對(duì)零件進(jìn)行裝夾，如圖4所示。該工裝利用了楔形力矩傳遞的原理，將上下受力轉(zhuǎn)換成左右受力，這樣就可以實(shí)現(xiàn)讓零件處于自然狀態(tài)下加工基準(zhǔn)面。圖4采用楔形工裝加工基準(zhǔn)面該工裝主要由3個(gè)定位座、4個(gè)楔形活動(dòng)塊、4個(gè)楔形壓板和4個(gè)固定座等組成。通過鎖緊螺釘來控制零件受力的大小。

零件基準(zhǔn)面的加工不能一次性到位，需要多次翻面進(jìn)行銑面，以消除其加工產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，直到保證其平面度達(dá)到0.1mm以內(nèi)為止。

5.3

零件的裝夾方式及切削方式

零件的裝夾方式為先在產(chǎn)品的中心孔處鉆一個(gè)螺釘孔，用M12的螺釘將產(chǎn)品鎖緊，產(chǎn)品外形周邊壓持壓板固定，如圖5所示。圖5改進(jìn)后的零件裝夾效果然后，采用高速動(dòng)態(tài)銑削的方式粗加工產(chǎn)品外形。采用高轉(zhuǎn)速、快進(jìn)給的高速動(dòng)態(tài)銑削模式對(duì)零件進(jìn)行銑削，以刀具側(cè)刃圓弧點(diǎn)去接觸工件。刀具和零件的接觸面積和接觸時(shí)間大大地減少，刀具受力也相應(yīng)的降低，從而減小了零件在加工過程中產(chǎn)生的熱變形和由于加工應(yīng)力釋放不均導(dǎo)致的變形程度。

5.4

中間沉孔的精加工方案

由于中心沉孔Φ92.6mm精度要求比較高，孔的公差只有0.02mm，所以在工藝路線中增加了一道半精加工，待零件校平以后，以自然狀態(tài)的方式來進(jìn)行精加工。孔的精加工采用鏜削加工方式，如何讓零件在自然狀態(tài)下進(jìn)行精鏜孔呢？經(jīng)過反復(fù)的討論和試制，最后決定利用自定心卡盤來改裝鏜孔的專用夾具。最后，采用自制的鏜刀擴(kuò)大器來精鏜孔，以保證孔的尺寸精度。

5.5

中間沉孔精加工的工裝研制及裝夾方式

如圖6所示，專用夾具是利用自定心卡盤的工作原理，在其基礎(chǔ)上加裝3塊墊塊，將墊塊用AB膠粘在卡盤上面；再在墊塊上面加工Φ85mm外圓凸臺(tái)，深1.6mm，使之與零件中心孔（Φ85mm孔）實(shí)現(xiàn)過渡配合。3個(gè)墊塊在這里可以起到防振和固定的作用；最后，利用卡盤的反爪夾緊零件，如圖7所示。圖6自定心卡盤改裝鏜孔的專用夾具圖7鏜孔的專用夾具裝夾

5.6

中間沉孔的精鏜刀研制及孔的加工

由于中間沉孔Φ92.6mm的孔徑較大，用普通的鏜刀無法加工這種大孔徑的孔。如果購買大孔徑的鏜刀，成本較高且會(huì)耽誤零件的生產(chǎn)周期。經(jīng)過討論決定，由我們自己設(shè)計(jì)研制一個(gè)鏜刀擴(kuò)大器。所謂鏜刀擴(kuò)大器就是在普通小孔徑鏜刀的基礎(chǔ)上加裝一個(gè)孔徑擴(kuò)大裝置，如圖8所示。該裝置通過自行設(shè)計(jì)研發(fā)，即將原有的鏜刀鏜孔范圍加大。從圖8可以看出，鏜刀擴(kuò)大器的銷軸部分是與鏜刀主體聯(lián)接的，其配合方式采取過渡配合，下面部分孔聯(lián)接鏜刀刀桿，其配合方式為過盈配合。圖8鏜刀擴(kuò)大器裝配效果鏜刀擴(kuò)大器的加工材質(zhì)選用45鋼，其上部分小軸和下部分內(nèi)孔采用磨削加工，最后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，以增加其硬度和耐磨性。

將鏜刀擴(kuò)大器聯(lián)接完畢后，進(jìn)行試切加工，如圖9所示，證明自行設(shè)計(jì)研發(fā)的鏜刀擴(kuò)大器是可行的。圖9鏜刀擴(kuò)大器試加工效果需要注意的是：孔與4塊板筋聯(lián)接處比較薄，故孔的加工不能一次性加工到位，必須分層進(jìn)行精鏜，采用多次鏜削的方式進(jìn)行精加工，直到保證孔精度為止。

06改進(jìn)后零件加工方案的驗(yàn)證

零件第一道加工中心工序加工完以后，經(jīng)過平板檢測，產(chǎn)品的變形量在0.2～0.3mm；然后轉(zhuǎn)入鉗工去毛刺，校平在0.1mm以內(nèi)；最后經(jīng)過精鏜孔，保證了產(chǎn)品的加工精度，經(jīng)過檢測，產(chǎn)品的加工合格率