CN102873386A - 一种局部带有通孔的薄壁铝板件精密数控加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种局部带有通孔的薄壁铝板件精密数控加工方法，提供一种能提高产品加工稳定性，保障产品质量的加工方法。粗加工，采用大的进给和切削深度，提高了加工效率。之后工件在20℃的室温下放置10天，再进行尺寸稳定性时效处理，消除内部应力；精加工，利用轻敲的方式快速找到工件的翘曲变形位置，再垫入塞尺，加工后可消除翘曲变形。精加工后的工件在20℃的室温下放置4小时，然后用三坐标测量机测量孔的实际内径值，实测直径值比要求尺寸的中值要小，其差值为Δ，根据上述差值Δ修改精加工程序，把工件三维模型中的圆柱面内孔直径增大Δ，重新生成圆柱面精加工数控程序，满足精度要求，之后采用此数控程序连续批量精加工通孔内圆柱面。本发明的加工方法能控制薄壁工件的变形，保证了工件的加工质量。
Description
技术领域
本发明涉及数控加工技术领域，特别是涉及一种局部带有通孔的薄壁铝板件精密数控加工方法。
背景技术
薄壁工件由于其重量轻、成本低而且结构紧凑现已广泛应用于各个工业领域。
目前，薄壁件的加工一直是困扰机加工行业的难题。原因是薄壁件刚性差，强度弱，在加工过程中由于受到夹紧力、热、震动等因素影响而产生变形，使工件加工精度更难以保证。特别像轻型薄壁带缺口孔的铝板工件精密加工时，加工稳定性很差。如果装夹力较大，工件会产生翘曲变形，当工件加工完从夹具中取出时，原来加工完的平面会因弹性缩回为曲面，不能保证平面度要求；如果装夹力较小，因加工时刀具产生的切削力会带动工件，影响加工工件的尺寸精度和光洁度，并且刀具会刮伤铝板的某些立面，严重的话会直接导致工件过切报废。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种能提高产品加工稳定性，保障产品质量的薄壁铝板件精密数控加工方法。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种局部带有通孔的薄壁铝板件精密数控加工方法，其特征在于，包括下述步骤：
（1）粗加工：正面粗加工时，将毛坯料用平口钳夹住,对于没有精度要求的加工面直接铣削到尺寸，对于有精度要求的加工面单边留量为0.4mm，选用直径为10mm-12mm的立铣刀，切削深度为0.3mm，进给速率为2500mm/min，主轴转速3000rpm；反面粗加工时，将工件通过边沿处的固定螺钉与反面加工胎具定位,对于没有精度要求的加工面直接铣削到尺寸，对于有精度要求的加工面单边留量为0.4mm，通孔内圆柱面加工留量为0.35mm，选用直径为10mm-12mm的立铣刀，切削深度为0.3mm，进给速率为2500mm/min,主轴转速3000rpm；
（2）粗加工后工件在20℃的室温下放置10天，再进行尺寸稳定性时效处理，消除内部应力；
（3）精加工：正面精加工时，将工件通过边沿处的固定螺钉与正面加工胎具夹紧定位，通孔内圆柱面的加工参数为：选用直径为为12mm的立铣刀，切削深度为0.5毫米，进给速率为800mm/min,主轴转速5000rpm,单边留量为0.1mm；其他有精度要求的加工面的加工参数为：选用直径为为12mm的立铣刀，切削深度为0.1毫米，进给速率为400mm/min,主轴转速5000rpm,单边留量为0.1mm；最后再精加工走刀一次，只加工有精度要求的平面，切削深度为0.02毫米，进给速率为200mm/min,主轴转速6000rpm,单边留量为0.06mm；反面精加工时，将工件通过边沿处的固定螺钉与反面加工胎具夹紧定位，通孔内圆柱面的加工参数为：采用直径12mm的立铣刀，切削深度为0.5mm，进给速率为300mm/min,主轴转速6000rpm,单边留量为0.06mm；其他有精度要求平面的加工参数为：切削深度为0.1毫米，进给速率为400mm/min,单边留量为0.08mm；最后再对有精度要求的平面走刀一次，切削深度为0.02毫米，进给速率为200mm/min,主轴转速6000rpm,单边留量为0.06mm；
（4）精加工后的工件在20℃的室温下放置4小时，然后用内径千分尺或三坐标测量机测量孔的实际内径值，实测直径值比要求尺寸的中值要小，要求尺寸的中值与实测直径值差值为Δ，根据上述差值Δ修改反面精加工程序，把工件三维模型中的圆柱面内孔直径增大Δ，其他尺寸不变，重新生成圆柱面精加工数控程序，采用直径为12mm的立铣刀，切削深度为0.5mm，进给速率为300mm/min,主轴转速6000rpm,单边留量仍为0.06mm，内但孔数控程序运行轨迹的直径增大Δ，满足精度要求，之后采用此数控程序连续批量精加工通孔内圆柱面。
在精加工过程中，利用胎具定位工件时，先利用百分表测量未夹紧工件时工件表面的跳动，然后对角逐渐拧紧螺钉，拧紧后再利用百分表测量工件表面跳动，直到拧紧后的工件表面跳动不大于自由状态时工件表面的跳动。
在精加工过程中，利用胎具定位工件时，如果螺钉拧得过松，在工件表面与胎具表面的夹缝中，采用厚度为0.02mm的塞尺，看工件四个角和中间部位是否可以塞入，如能塞入，就用手轻按工件表面，再垫入合适厚度塞尺；局部某些位置垫完合适塞尺后,用四个螺钉均匀拧紧工件,再加工工件表面。
在利用胎具定位工件时，利用手指轻敲工件四个角，如果工件某个角因翘曲而未紧贴胎具表面，会因敲打产生的颤音形成空响，原因是工件未放平或翘曲变形过大，将工件放平或垫入塞尺
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的加工方法，在精加工过程中采用小切削深度和较慢的进给速率加工，在加工最后再精加工走刀一次，切削深度为0.02毫米，进给速率为200mm/min，可减少主轴、机床工作台面等部件由于运行惯性对加工精度的影响，精走一次刀轨保证了工件尺寸的精度和稳定性，能控制薄壁工件的变形，保证了工件的加工质量。
2、本发明的加工方法，在精加工时，利用轻敲工件所产生的颤音，可迅速找到工件翘曲位置，在工件底面与胎具缝隙中垫入合适塞尺后再进行加工，可快速扭转工件面的变形，减少精加工次数，提高工件的加工效率和加工精度的稳定性。
3、本发明的加工方法，先在工件自由状态用百分表测量薄壁板件变形量，并记录工件四个角处百分表表针的跳动量和跳动方向，然后在翘曲位置垫入塞尺，塞尺厚度一般在0.02mm-0.08mm之间，再用螺钉拧紧工件，然后用百分表测量工件夹紧后的跳动量，夹紧后的工件表面的跳动量与工件自由状态的跳动量一致，可判断垫入塞尺的厚度和夹紧力合适。
4、本发明的加工方法，在粗加工过程中采用高切削速度和大进给，提高了工件粗加工效率。
5、本发明的加工方法，在精加工时，为保证薄壁工件的通孔内径值在公差范围内，先对通孔内径单边留余量0.06mm，在常温下放置工件4小时后，采用三坐标测量机测量内孔实际尺寸，根据实测值与要求尺寸公差中值的相差值，扩大三维模型中内孔尺寸，重新生成内孔数控程序，再精加工内孔一次，可满足内孔精度要求和批量生成时尺寸精度的稳定性。
附图说明
图1所示为薄壁工件正面视图；
图2所示为薄壁工件结构剖视图；
图3所示为薄壁工件正面加工装夹示意图；
图4所示为薄壁工件反面加工装夹示意图。
图中：1.夹紧工件的螺纹孔，2.工件凹面，3.工件底面，4.台阶面,5.通孔内圆柱面,6.工件凹面，7.正面加工胎具,8.定位面，9.反面加工胎具,10.反面加工的定位面，11.本体，12.边沿，13.通孔,14.夹紧工件的螺纹孔，15.夹紧工件的螺纹孔，16.夹紧工件的螺纹孔。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例：
薄壁铝件长度为200mm,宽度为100mm,通孔内圆柱面的粗糙度Ra＝0.8μm,通孔直径为52mm，工件最薄处厚度为3.5mm。工件及装夹示意图如图1-图4所示，该工件包括本体11、边沿12和通孔13。其加工方法包括下述步骤：
（1）粗加工：
正面粗加工时，将毛坯料用平口钳夹住，选用直径为10mm的立铣刀，切削深度为0.3mm，进给速率为2500mm/min,主轴转速为3000rpm。对于没有精度要求的加工面，即工件凹面2直接铣削到尺寸，对于有精度要求的加工面，即工件底面3和通孔内圆柱面5单边留量为0.4mm。
反面粗加工时，在边沿12处，利用螺钉穿过反面加工胎具9的底孔在螺纹孔1、14、15、16处将工件固定于反面加工胎具9上，并通过定位面10进行定位，工件底面3紧贴反面加工胎具9的顶面。反面加工胎具中间的小通孔是为了迅速排掉切削液。选用直径为10mm的立铣刀，切削深度为0.3mm，进给速率为2500mm/min,对于没有精度要求的加工面，即工件凹面6直接铣削到尺寸，对于有精度要求的加工面，即台阶面4单边留量为0.4mm，同时把通孔内圆柱面5再加工一次，留量到0.35mm。
（2）粗加工时，因进给速度和切深比较大，工件存在内应力，铝板有翘曲变形，粗加工后工件在20℃的室温下放置10天，再按照常规技术进行尺寸稳定性时效处理，消除内部应力。
（3）精加工：
正面精加工时，采用正面加工胎具7定位工件，采用定位面8进行定位，通过穿过边沿12处工件的螺纹孔1、14、15、16的螺钉与正面加工胎具7夹紧。为保证通孔内圆柱面5与工件底面3的垂直度，选用直接为12mm的立铣刀加工通孔内圆柱面5和工件底面3，采用大直径的刀能够增加刚性。加工工艺参数：加工通孔内圆柱面5，切削深度为0.5毫米，进给速率为800mm/min,主轴转速为5000rpm，单边留量为0.1mm；加工底面3，切削深度为0.1毫米，进给速率为400mm/min,主轴转速为5000rpm，单边留量为0.1mm。最后再精加工走刀一次，只加工有精度要求的平面，切削深度为0.02毫米，进给速率为200mm/min,主轴转速为6000rpm，单边留量为0.06mm。精度再高的机床，当机床运行时，主轴、机床工作台面等部件运行惯性会影响加工精度，为保证达到要求，需要以很慢的进给，精走一次刀轨。精加工后，松开螺钉，工件在自由状态下，再利用百分表测量工件底面3的跳动，保证底面3在整个范围内百分表指针跳动在0.01mm以下。
如果螺钉拧的太松，会使工件在加工时晃动，影响加工精度。为了保证加工精度，未拧紧螺钉前，利用百分表测量工件底面3的跳动，如果跳动比较大，说明工件有翘曲等变形，此时在工件底面3与正面加工胎具7表面之间的夹缝中，利用厚度为0.02mm的塞尺，看工件四个角和中间部位是否可以塞入，如能塞入，就用手轻按工件表面，再垫入合适厚度塞尺，然后对角逐渐拧紧螺钉。如果螺钉拧的太紧，工件中间部位会产生弹性变形，当加工完后会缩回，使工件底面3的平面度达不到要求。因机床空间有限，不便于采用光源等方式查看工件翘曲变形所产生的缝隙，但可以利用手指轻敲工件四个角，如果工件某个角因翘曲而使工件底面3未紧贴正面加工胎具7表面时，此处因敲打所发出的颤音会有空响，原因是工件未放平或翘曲变形过大。如果未放平，则重新调整工件放平，如果翘曲变形过大，则垫入合适塞尺,使工件的翘曲变形状态不因螺钉的拧紧而发生变化,然后在此状态进行精加工,可快速消除工件的变形。反面精加工时，参照正面精加工的方式利用合适的力拧紧螺钉，使工件底面3贴在反面加工胎具9的表面。为保证通孔的圆柱度0.003和直径52的尺寸在公差范围内，加工通孔内圆柱面5：采用直径12mm的立铣刀，切削深度为0.5mm，进给速率为300mm/min,单边留量为0.06mm。加工台阶面4：切削深度为0.1毫米，进给速率为400mm/min,主轴转速为4000rpm，单边留量为0.08mm。最后再精加工走刀一次，只加工有精度要求的平面，切削深度为0.02毫米，进给速率为200mm/min,主轴转速为6000rpm，单边留量为0.06mm。因机床加工时，刀具和切削液等热量引起薄壁铝件变形，精加工后在机床上取出工件，在20度的室温下放置4小时，然后用内径千分尺或三坐标测量机测量孔的实际内径值，因通孔内圆柱面单边留量为0.06mm，实测直径值比要求尺寸的中值要小，要求尺寸的中值与实测直径值差值为0.1mm，然后根据差值修改反面精加工程序，把工件三维模型中的圆柱面内孔直径增大0.1mm，其他尺寸不变，重新生成圆柱面精加工数控程序，采用直径为12mm的立铣刀，切削深度为0.5mm，进给速率为300mm/min,主轴转速6000rpm,单边留量不变，还为0.06mm，但内孔数控程序运行轨迹的直径增大0.1mm，满足精度要求，之后采用此数控程序连续批量精加工通孔内圆柱面,工件的垂直度和圆柱度都在公差范围内。
改进前后工件的加工工艺及加工后工件的检测结果对比如表1和表2所示。
表1
表2
从表1和表2可以看出，采用本实施例方案，正面粗加工使用直径12mm的刀具，采用0.3mm的切深和2500mm/min进给速度，加工所需时间由原来的25min减少到18min，提高了加工效率。精加工所需次数由原来三次减少到一次，精加工时间由原来的120min减少到50min,并且工件垂直度和圆柱度等精度指标满足要求，工件报废率由30%降低到1%以下，精度稳定性得到保证。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种局部带有通孔的薄壁铝板件精密数控加工方法，其特征在于，包括下述步骤：
（1）粗加工：正面粗加工时，将毛坯料用平口钳夹住,对于没有精度要求的加工面直接铣削到尺寸，对于有精度要求的加工面单边留量为0.4mm，选用直径为10mm-12mm的立铣刀，切削深度为0.3mm，进给速率为2500mm/min，主轴转速3000rpm；反面粗加工时，将工件通过边沿处的固定螺钉与反面加工胎具定位,对于没有精度要求的加工面直接铣削到尺寸，对于有精度要求的加工面单边留量为0.4mm，通孔内圆柱面加工留量为0.35mm，选用直径为10mm-12mm的立铣刀，切削深度为0.3mm，进给速率为2500mm/min,主轴转速3000rpm；
（2）粗加工后工件在20℃的室温下放置10天，再进行尺寸稳定性时效处理，消除内部应力；
（3）精加工：正面精加工时，将工件通过边沿处的固定螺钉与正面加工胎具夹紧定位，通孔内圆柱面的加工参数为：选用直径为为12mm的立铣刀，切削深度为0.5毫米，进给速率为800mm/min,主轴转速5000rpm,单边留量为0.1mm；其他有精度要求的加工面的加工参数为：选用直径为为12mm的立铣刀，切削深度为0.1毫米，进给速率为400mm/min,主轴转速5000rpm,单边留量为0.1mm；最后再精加工走刀一次，只加工有精度要求的平面，切削深度为0.02毫米，进给速率为200mm/min,主轴转速6000rpm,单边留量为0.06mm；反面精加工时，将工件通过边沿处的固定螺钉与反面加工胎具夹紧定位，通孔内圆柱面的加工参数为：采用直径12mm的立铣刀，切削深度为0.5mm，进给速率为300mm/min,主轴转速6000rpm,单边留量为0.06mm；其他有精度要求平面的加工参数为：切削深度为0.1毫米，进给速率为400mm/min,单边留量为0.08mm；最后再对有精度要求的平面走刀一次，切削深度为0.02毫米，进给速率为200mm/min,主轴转速6000rpm,单边留量为0.06mm；
（4）精加工后的工件在20℃的室温下放置4小时，然后用内径千分尺或三坐标测量机测量孔的实际内径值，实测直径值比要求尺寸的中值要小，要求尺寸的中值与实测直径值差值为Δ，根据上述差值Δ修改反面精加工程序，把工件三维模型中的圆柱面内孔直径增大Δ，其他尺寸不变，重新生成圆柱面精加工数控程序，采用直径为12mm的立铣刀，切削深度为0.5mm，进给速率为300mm/min,主轴转速6000rpm,单边留量仍为0.06mm，内但孔数控程序运行轨迹的直径增大Δ，满足精度要求，之后采用此数控程序连续批量精加工通孔内圆柱面。
2.根据权利要求1所述的局部带有通孔的薄壁铝板件精密数控加工方法，其特征在于，在精加工过程中，利用胎具定位工件时，先利用百分表测量未夹紧工件时工件表面的跳动，然后对角逐渐拧紧螺钉，拧紧后再利用百分表测量工件表面跳动，直到拧紧后的工件表面跳动不大于自由状态时工件表面的跳动。
3.根据权利要求1所述的局部带有通孔的薄壁铝板件精密数控加工方法，其特征在于，在精加工过程中，利用胎具定位工件时，如果螺钉拧得过松，在工件表面与胎具表面的夹缝中，采用厚度为0.02mm的塞尺，看工件四个角和中间部位是否可以塞入，如能塞入，就用手轻按工件表面，再垫入合适厚度塞尺；局部某些位置垫完合适塞尺后,用四个螺钉均匀拧紧工件,再加工工件表面。
4.根据权利要求1所述的局部带有通孔的薄壁铝板件精密数控加工方法，其特征在于，在利用胎具定位工件时，利用手指轻敲工件四个角，如果工件某个角因翘曲而未紧贴胎具表面，会因敲打产生的颤音形成空响，原因是工件未放平或翘曲变形过大，将工件放平或垫入塞尺。
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