CN115533581B - 板材毛坯类零件数控加工装夹方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于数控铣削加工技术领域，涉及一种板材毛坯类零件数控加工装夹方法。主要由零件工艺密封槽的加工策略、切断余量的计算方法、真空吸附机床平台设计、零件装夹方法等四个步骤组成。本发明的装夹方法加工完成后零件残余应力低，变形量小；装夹效果可靠，装夹力分布均匀；通用性强，毛坯形式不局限于矩形、圆形；适用于多品种、小批量式的生产模式。
Description
技术领域
本发明属于数控铣削加工技术领域，涉及一种板材毛坯类零件数控加工装夹方法。
背景技术
在铣削加工领域，定位和装夹是保证加工安全准确进行的必要动作。定位的目的是使被加工部位在设备上具有唯一的位置，装夹的目的是使被加工部位在唯一的位置不受外力影响而变化。在其细分的数控铣削领域常采用通用或专用的工艺装备保证加工系统的定位和装夹的可靠性和稳定性，板材类毛坯单面特征零件更多的是采用真空吸附装夹平台等通用夹具保证定位和装夹。
真空吸附装夹是一种利用抽气泵产生空气压力差而提供正压力的通用式装夹平台，在板材类毛坯单面特征零件铣削加工领域具有极其广泛的应用。使用前需预先在机床平台上依据毛坯尺寸加工出密封槽，在密封槽中塞入非金属密封胶条后启动真空泵，形成空气压力差完成吸附进而实现装夹的作用。
但是，传统真空吸附方法劣势在于：由于需要在机床平台上预先铣削一系列的密封槽，因此传统真空吸附方法仅适用于形状规整的(矩形、圆形)毛坯加工，且密封槽须依据毛坯尺寸加工，通用性较差，不适用于多品种、小批量式的生产模式；受制于吸附要求，板材类零件加工须包含在完整的矩形或圆形毛坯内部，由工艺连接实现固定，由此导致零件加工残余应力释放不充分，流转及等待装配的过程中极易发生塑性变形。
发明内容
本发明旨在为单面结构特征板材毛坯零件提供一种有利于加工残余应力释放的、通用性强的数控铣削通用真空吸附方法及工艺装备，更加适用于多品种、小批量式、低应力的生产模式。
本发明的技术方案为：
板材毛坯类零件数控加工装夹方法，主要过程包括：
第一：加工零件工艺密封槽
在零件无结构特征一侧的毛坯表面距零件外形轮廓法向预留余量(密封余量)后沿外形加工首尾相接的密封槽1。密封槽1深度尺寸为de，de＝9～10mm；密封槽1宽度尺寸为w，w＝5～6mm。密封余量尺寸为a，依据切断刀具直径尺寸d和密封槽1宽度尺寸w确定，a＝d+w+3mm。
第二：计算切断余量
在第一步的基础上翻面，对零件结构面有结构特征一侧进行粗加工，零件各加工面单边预留加工余量(3～5mm)，并将粗加工后的半成品零件距零件外形边缘预留的余量基础上再次预留余量(本文将其称之为切断余量)后沿外形与毛坯切断。切断余量尺寸为a'，与密封余量尺寸a有关，a'＝a+10mm，其中10mm为压板最小压边量，由大量的工程实践经验得出。
第三：配合真空平台，设计真空吸附机床平台
真空平台3主体为具有一系列真空抽气孔2的金属平板7，金属平板7的平面度不低于0.05mm，真空抽气孔2通过管道与抽气管接口4相连，抽气管接口4外接真空抽气泵，真空抽气泵压力值不小于7092.75Pa(7个大气压)。金属平板7上真空抽气孔2的分布间距尺寸为l，l的设计原则为350～500mm。除此之外，按需预留若干螺栓孔5用于辅助压板6装夹用。
第四：零件装夹
将带切断余量的半成品零件放置于机床平台，使无结构特征一侧与金属平板7接触，需确保平台的真空抽气孔2被加工首尾相接的、填入密封胶条的密封槽1包围(如附图3)，启动真空泵，压力值设置为7092.75～8106Pa(7～8个大气压)，完成装夹。
本发明的优点及有益效果：加工完成后零件残余应力低，变形量小；装夹效果可靠，装夹力分布均匀；通用性强，毛坯形式不局限于矩形、圆形；适用于多品种、小批量式的生产模式。
附图说明
图1为本发明板材毛坯类零件数控加工装夹方法的密封槽示意图。
图2为本发明板材毛坯类零件数控加工装夹方法的切断余量示意图。
图3为本发明真空抽气孔间距设计与零件装夹策略示意图。
图中：1密封槽；2真空抽气孔；3真空平台；4抽气管接口；5螺栓孔；6辅助压板；7金属平板。
具体实施方式
下面结合技术方案和附图对本发明具体实施例进行详细说明。
如图所示，为了更好地介绍本发明，结合某单面铝合金板材毛坯类零件，数控采用立式数控设备加工场景介绍的方式进行说明，对其实施步骤进行描述，具体如下：
步骤1：加工零件工艺密封槽
在零件无结构特征一侧(即光板面)毛坯表面向上，加工首尾相接的密封槽。如附图1所示，采用直径为6mm底部过渡半径为0.5mm的圆柱形铣刀加工沿预先按照零件外形编制好的数控轨迹加工密封槽。密封槽1深度尺寸为de＝9.5mm；密封槽1宽度尺寸w＝6mm；切断刀具直径d＝12mm，密封余量尺寸a＝12+6+3＝21mm。
步骤2.：粗加工零件
在第一步的基础上翻面，将零件无结构特征一侧(即光板面)向下，对零件有结构特征一侧进行粗加工，零件各加工面单边预留5mm加工余量，其目的是防止后续零件发生较大变形(翘曲和扭转)时加工余量不足。
步骤3：分离零件与毛坯
按本文提出的公式计算切断余量尺寸为a'＝21+10＝31mm，在距外形轮廓31mm沿零件外形使用直径为12mm底部过渡半径为0.5mm的圆柱形铣刀，将粗加工后的半成品零件与毛坯切断，使二者分离。
步骤4：加工精基准
将零件无结构特征一侧(即光板面)毛坯表面向上放置于机床平台。对零件无结构特征一侧进行精加工去除此前预留的5mm余量，作为零件有结构特征一侧精加工的基准，此时密封槽1深度de由9.5mm缩小为4.5mm。
步骤5：塞入密封条
在零件无结构特征一侧的密封槽1内塞入直径为6mm的非金属密封胶条，使其首尾相接并充盈于密封槽1内。
步骤6：半成品零件装夹
将塞入密封条的半成品零件放置于机床平台，使无结构特征一侧向下，与机床平台接触，并确保平台的真空抽气孔2(间距l＝400mm)被加工首尾相接的、填入密封胶条的密封槽1包围(如附图3所示)，启动真空泵。
步骤7：检查吸附效果
使用木质榔头敲击吸附后零件的每一个槽腔底面，通过敲击声音是否空鼓判断吸附效果，若敲击产生空鼓声音，则关闭真空泵取下半成品零件，检查密封条是否收尾相接地充盈于密封槽1内、检查真空平台3的抽气孔是否被密封槽1包围。若敲击未产生空鼓声音，则说明吸附效果良好，可以进行后续操作。
步骤8：增加辅助装夹
此外，为防止加工过程中由于真空泵失效(停电、故障等)、数控程序错误等因素导致真空吸附失能而引发的技术事故，可在半成品零件外轮廓余量处的边角位置增加四处辅助压板6(如附图3所示)。
步骤9：精加工
将按照本文提出的装夹方法将半成品零件装夹完成后，使用预先编制的数控程序完成零件的精加工工作。
Claims (1)
1.板材毛坯类零件数控加工装夹方法，其特征在于，过程包括：
第一：加工零件工艺密封槽
在零件无结构特征一侧的毛坯表面距零件外形轮廓法向预留余量，也称之为密封余量；沿零件外形加工首尾相接的密封槽(1)，密封槽(1)深度尺寸为de，de＝9～10mm，密封槽(1)宽度尺寸为w，w＝5～6mm；密封余量尺寸为a，依据切断刀具直径尺寸d和密封槽(1)宽度尺寸w确定，a＝d+w+3mm；
第二：计算切断余量
在第一步的基础上翻面，对零件结构面有结构特征一侧进行粗加工，零件各加工面单边预留加工余量3～5mm，并将粗加工后的半成品零件距零件外形边缘预留的余量基础上再次预留余量，称之为切断余量；沿零件外形与毛坯切断，切断余量尺寸为a'，与密封余量尺寸a有关，a'＝a+10mm，其中10mm为压板最小压边量；
第三：配合真空平台，设计真空吸附机床平台
真空平台(3)主体为具有一系列真空抽气孔(2)的金属平板(7)，金属平板(7)的平面度不低于0.05mm，真空抽气孔(2)通过管道与抽气管接口(4)相连，抽气管接口(4)外接真空抽气泵，真空抽气泵压力值不小于7092.75Pa，即7个大气压；金属平板(7)上真空抽气孔(2)的分布间距尺寸为l，l的设计原则为350～500mm；除此之外，按需预留若干螺栓孔(5)，用于辅助压板(6)装夹用；
第四：零件装夹
将带切断余量的半成品零件放置于机床平台，使无结构特征一侧与金属平板(7)接触，确保平台的真空抽气孔(2)被加工首尾相接的、填入密封胶条的密封槽(1)包围，启动真空泵，压力值设置为7092.75～8106Pa，完成装夹。
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