精密箱体零件数控加工浅析
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摘要：箱体类零件是为机器或部件装配使用的基础零件，也是机器的重要组成部件，它能将齿轮、轴、套件等相关配件装配成一个整体，并能保证各个零件处于正确合适位置，以相应的传动关系互相协调工作以传递动力等。箱体是传动零件的基座，应具有足够的强度和刚度。因此，箱体类零件的机加工质量是非常重要的环节，它将直接影响到部件或机器的性能、精度与寿命。结合实践探索，正确选择机床，合理编制加工工艺及合理选择刀具等方法，有效地解决了技术难题。
0引言
有一批箱体零件如图1所示，该零件是卷烟机上的精密箱体零件，零件结构较复杂，需要加工的内容较多，特别是孔的尺寸精度、孔壁的表面粗糙度、同轴度要求较高，对其加工具有一定的难度，因此，必须进行认真分析，并制定相应加工工艺方案。
1零件的结构工艺性
（1）该零件毛坯为2A12高强度硬铝，铸造成型，铸造时留单边余量为5mm，并做时效处理。2A12是一种高强度耐热硬铝，在退火和刚淬火热变形时塑性中等，可进行热处理强化，退火后在人工时效状态下切削加工性良好，用於制造要求高负荷的零件以及在150℃以下工作的零件。（2）该零件由平面、型腔以及孔等组成，尺寸为490mm×425mm×345mm。两侧均有2-Φ40、2-Φ20孔（图2）。两侧孔的尺寸要求较高，Φ20孔公差仅为0.013mm，而Φ40孔公差仅为0.025mm。孔壁表面粗糙度均为Ra1.6μm。各孔之间的相互位置精度要求较高，右侧2-Φ40孔相对于左侧2-Φ40孔的同轴度公差仅为0.03mm，而右侧2-Φ20孔相对于左侧2-Φ20孔的同轴度公差仅为0.025mm，各孔平行度允差为0.02mm。
2技术难点
（1）两侧孔的尺寸精度及表面粗糙度要求较高，Φ20孔公差仅为0.013mm，而Φ40孔公差仅为0.025mm，孔壁表面粗糙度均为Ra1.6μm。（2）由于该零件是铝合金结构且为壳体，在装夹和加工过程中容易变形，不利于加工质量，甚至可能造成工件的报废。（3）该零件大部分为壳体，在加工过程中产生振动的可能性较大。在零件的装夹和加工过程中应充分考虑工艺系统的刚性，以避免加工过程中产生的振动影响零件质量。（4）以往把箱体的连接孔的加工、轴承挡孔的加工、平面的加工都放在龙门刨床、镗床和钻床上完成，但这样加工质量难以保证且生产效率过低。该零件尺寸精度、同轴度、表面粗糙度等技术要求之高，现有的普通加工设备无法完成该零件的加工任务。（5）在普通立式加工中心上加工该零件则需要调头装夹分别进行加工，增加装夹次数，加大操作者的劳动强度，不利于提高生产加工效率及保加工精度和加工质量。
3采取的技术措施
为保证加工质量并提高加工效率，经认真分析零件结构工艺性、技术要求和加工难点，制定了一套行之有效的加工工艺方案。采取的技术措施包括：正确选择机床、制定装夹方案、制定合理的加工工艺流程、合理选用切削刀具和切削用量、合理编制加工程序。
3.1零件在普通铣床粗加工
工件上加工中心前准备工序由普通铣床来完成，其主要原因，一是减少在加工中心加工大余量加工造成的热变形；二是为了加工中心提供一定的定位基准；三是提高加工效率。在普通铣床铣削外形各个面并留余量。以内腔校正，分别进行：①粗铣外形345±0.1mm两侧面及底平面，各面留0.5mm余量；②其余各面留0.5mm余量、互成90°；③铣削窗口，周边留1mm余量；④铣顶面内框周边，铣搭扣位置。
数控机床的选用，为保证加工精度和提高生产效率，选择TH6550×50卧式加工中心加工该件。机床配有FANUCSeries0iMC数控系统，带数控回转工作台（第4轴），刀库容量为24把，由机械手自动换刀。工作台总体面积500mm×500mm，工作台总承载500kg，三轴行程（X、Y、Z）为700mm×650mm×600mm。TH6550×50卧式加工中心对于加工变速箱体这种多工位、多工序的零件，与普通铣或数控铣机床相比，有其独特的优越性，它一次装夹可完成工位的钻、扩、铰、镗、铣、攻丝等工序。
3.3专用夹具的结构及使用
该工序主要是精加工A、B、C、D各面及B、C面2-Φ40孔的镗削加工，2-Φ20孔的镗削加工，加工各型腔、窗口，连接孔的钻孔及攻丝。针对该工序的加工特点设计了一套专用夹具（图3），主要由夹具体、定位块、弹簧、螺栓、压板、螺母等组成。使用时将工件E面放到定位块上，由于定位块具有弹性，即使E面型腔尺寸变化，工件E表面仍然能够靠平夹具体平面上，从而使工件能够快速初定位。该夹具是组合夹具，能够快速拼装和调整，并具有定位精度高，加紧牢固可靠，适合小批量多品种的生产特点。如图4所示，夹具的安装及校正步骤：①将夹具安装到工作台上，在主轴上装好百分表，调整Z轴使百分表触头压到夹具体侧面上，X向手动回移动工作台，读出百分表在夹具体两端的读数之差，调整夹具，反复测量，直到百分表在夹具体侧面两端的读数之差在0.01mm以内；②调整百分表位置，移动Y轴使百分表触头接触夹具体上表面，分别在X向及Z向移动工作台并读出百分表在各点读数之差，调整夹具体，反复测量直至百分表在各点读数之差小于0.01mm；③用螺钉将夹具体固定于工作台上；④依照前文所述方法再次测量夹具体，看夹具体位置是否有变动，如有变动则需重新调整。
3.4加工工艺说明
加工工艺：①精铣上下表面（即E、F面）至要求；②精铣A、B、C、D各面至要求；③加工各面上窗口及型腔；④钻2-Φ20，钻扩2-Φ40孔；⑤粗镗2-Φ20、2-Φ40；⑥精镗2-Φ20、2-Φ40孔；⑦钻各螺孔；⑧攻螺纹。3.5程序编制（1）镗孔使用G76指令编程，编程时设置好Q值，镗孔完成后，主轴会向刀尖相反的方向移动以定位Q值，退刀时可避免刀具划伤孔表面。（2）该箱体零件有多处相同加工内容，可将其编写成为子程序，减少编程工作量。（3）在同一面上有多处相同加工内容，可采用坐标偏移指令G52编程。（4）在编程时把工步与工步之间增加M01指令（程序暂停指令），并与机床上的“OPTIONALSTOP”开关配合使用，在机床换刀可先停止运行，这个时候可检验换刀的准确性，并能对程序进行验证，批量加工时只需将“OPTIONALSTOP”开关关闭，程序仍执行连续运行模式。
3.6刀具与切削用量
（1）精加工零件表面时为提高切削效率，获得较好的表面加工质量，选用Φ80mm飞刀盘（六合金），切削用量为：S1500r/min，F700mm/min，dp0.5mm，de60mm。为有效防止铝加工的变色，确保加工后的铝表面光亮，必须合理使用切削液充分冷却。（2）镗孔时为保证孔精度，粗镗时可用普通镗刀，精镗时刀选用微调镗刀，粗镗用量为：S350r/min，F50mm/min，dp1mm。精镗用量为：S400r/min，F30mm/min，dp0.25mm。在镗削过程中为保证孔的精度及获得较好的表面质量，须合理使用切削液充分冷却。（3）钻孔及攻螺纹时根据螺孔大小选用相应钻头，切削用量则根据工件材料及钻头大小查相关手册进行选用。
4结束语
通过充分利用四轴卧式加工中心的优势，并合理制定箱体类零件加工工艺方案，使在普通机床和立式加工中心加工中解决不了或难以解决的问题，得到了很好的解决，不仅保证了加工质量，还提高了加工效率。加工后该箱体零件使用效果良好，整个加工周期比以前缩短了1/2以上。
参考文献
［1］郧建国.机械制造工程［M］.北京：机械工业出版社，2002.
［2］徐衡.数控铣工使用技术［M］.沈阳：辽宁科学技术出版社，2003.
［3］娄锐.数控应用关键技术［M］.北京：电子工业出版社，2005.
作者:苏玉权 单位:广东省湛江市技师学院
