數(shù)控加工中心批量生產(chǎn)鋁合金零件的方法

在目前的輕工產(chǎn)品開發(fā)時(shí)，結(jié)構(gòu)零部件的選材一般有塑料、沖壓鈑金件、鋁合金壓鑄件、橡膠件等，而采用鋁合金壓鑄件有以下一些優(yōu)點(diǎn)：可以滿足較快速的大批量生產(chǎn)，只要生產(chǎn)出鋁合金壓鑄模具，裝上壓鑄機(jī)就可以生產(chǎn)，而且批量零件的尺寸穩(wěn)定性較好，加工余量比較少，節(jié)約材料，經(jīng)濟(jì)性 比較好。另外鋁合金零件的機(jī)械強(qiáng)度雖比不上鋼鐵零件，但相對(duì)塑膠零件強(qiáng)度大得多，完全可以滿足日用工業(yè)制品的要求， 而且，鋁合金密度相對(duì)較小，比鋼鐵材料輕得多，散熱性能良好，在工業(yè)產(chǎn)品中得到越來(lái)越多的應(yīng)用。像摩托車的齒輪箱外殼就是用鋁合金壓鑄件制造的。

　　前段時(shí)間，學(xué)校拓展部接到一批“發(fā)燒級(jí)遙控油動(dòng)賽車的齒輪箱組件”的生產(chǎn)訂單，該齒輪箱組件由上蓋/(藍(lán)色部分/)和下蓋/(橙色部分/)組成，如圖1所示。

　　這批產(chǎn)品的生產(chǎn)要求如下：/(1/)采用鋁合金材料，生產(chǎn)數(shù)量不多，每款只有一千件，但款式有十幾款。/(2/)客戶對(duì)鋁合金零件的要求比較高，第一，要求零件的尺寸精度高，許多關(guān)鍵位置尺寸公差要求在0.02毫米以內(nèi);第二，作為外觀零件，要求表面光潔度達(dá)到鏡面級(jí)，然后通過(guò)陽(yáng)極氧化著色，使色彩變得絢麗奪目。 由于批量太少，這種情況下假如開鋁合金壓鑄模，成本很高，非常不合理，而且開模的周期也比較長(zhǎng);由于零件的尺寸精度及表面光潔度要求高，如果用鋁合金壓鑄模生產(chǎn)鋁零 件，表面質(zhì)量是很粗糙的，再通過(guò)打磨、拋光等方法處理，也難以達(dá)到氧化著色的光潔要求，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

　　如何在零件批量少、款式多、尺寸精度及外觀表面光潔度要求高的前提下，滿足客戶的要求，為客戶提供合格的產(chǎn)品呢?筆者經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐，利用數(shù)控加工中心，采用合理的加工工藝及科學(xué)的裝夾方法，完成產(chǎn)品的加工。下面就以齒輪箱組件的下蓋為例，介紹其加工工藝方法和數(shù)控加工過(guò)程，上蓋的工藝方法和加工過(guò)程與下蓋類似，這里不再詳述。

　　一、加工工藝分析

　　簡(jiǎn)化看下蓋零件主要由頂面/(A面/)和底面/(B面/)組成/(見圖2/)，特征的生長(zhǎng)方向均是上下方向，方便用立銑刀作Z 軸上下運(yùn)動(dòng)和作XY平面運(yùn)動(dòng)，且零件周邊沒(méi)有側(cè)向孔，是典型的三軸加工。加工思路是開出一整塊鋁材，在數(shù)控加工中心上裝夾好，先編程加工A面特征，然后反過(guò)來(lái)裝夾加工B面。關(guān)鍵 是如何在機(jī)床上批量地生產(chǎn)零件和如何解決反面裝夾的定位問(wèn)題，保證兩次裝夾零件的中心是重合的。

　　通過(guò)建立三維模型，生成模型的邊界盒，零件的長(zhǎng)、寬、高分別是48.84mm×50.0mm×22.30mm/(見圖3/)。由于單個(gè)零件的尺寸不大，一條鋁材可以排5個(gè)零件/(即可以加工5個(gè)零件/)，加工中心至少一次可裝夾3條鋁材，即一次裝夾可以完成15個(gè)零件的單面加工。

　　二、齒輪箱組件下蓋數(shù)控加工工藝過(guò)程

　　1.開料

　　材料采用6063牌號(hào)鋁合金擠壓型材，擠壓型材市場(chǎng)上可以直接購(gòu)回，由于型材采用高壓擠壓出來(lái)，材料的致密性較鋁合金壓鑄要好，材料內(nèi)部/(如砂眼等/)的缺陷少，強(qiáng)度高，切削加工性能好。另外，6063牌號(hào)鋁合金的氧化著色性能較好，綜合考慮后選用。擠壓型材的截面有多種尺寸，我們選用一種比零件截面稍大的，長(zhǎng)度按能排下5個(gè)零件去鋸斷，一條鋁材排5個(gè)零件，生產(chǎn)一千件零件就要鋸出二百多條材料。如圖4 所示。

　　2.定位裝夾

　　加工的前期工作需要準(zhǔn)備一塊底板，底板夾緊在機(jī)床上不動(dòng)，而鋁材則通過(guò)螺絲鎖緊在底板上，加工思路是：先逐一把二百多條鋁材的A面都加工出來(lái)，然后再反面裝夾加工B面。

　　由于加工定位、分中對(duì)刀均在底板上進(jìn)行，底板各面的平行度及上、下底面的平面度顯得非常重要。為能保證加工要求，對(duì)底板作如下工藝處理：

　　/(1/)底板選用厚度約為15mm的鐵板制造。

　　/(2/)先用磨床磨平兩個(gè)大面，放機(jī)床上裝夾好。

　　/(3/)四邊銑出直邊和用來(lái)分中，以確定加工原點(diǎn)。

　　/(4/)編寫鉆孔程序，在底板的兩端各鉆4個(gè)定位孔，然后人工攻好螺絲牙/(如圖5所示綠色部分/)。所鉆幾個(gè)定位孔目的是用來(lái)快速裝夾鎖緊工件。在加工A面特征時(shí)，用底板的四個(gè)螺絲牙鎖緊鋁材/(圖6中紫色部分/)。加工B面特征時(shí)，則用另外4 個(gè)螺絲牙。加工A面時(shí)，內(nèi)六角螺絲的定位要求不高，4個(gè)螺絲兼鎖緊及定位作用。但是由于在加工B面時(shí)，必須與A的加工原點(diǎn)重合，此時(shí)4個(gè)螺絲僅僅起到鎖緊作用，而不能用來(lái)定位/(B面的定位方式在下文詳細(xì)介紹/)。

　　鋁型材截好長(zhǎng)度后，利用鉆底板定位孔的加工程序，在鋁型材的兩端與底板對(duì)應(yīng)位置鉆定位沉頭孔/(兩面都要鉆/)，沉頭孔用來(lái)放置沉頭內(nèi)六角螺絲，以把鋁材鎖緊在底板上。由于用同一個(gè)鉆孔程序，底板與鋁材兩端的定位孔完全重合，從而實(shí)現(xiàn)快速定位加工。

　　在編程排位時(shí)，鋁材的中心與底板的中心重合，如圖6 所示。/(黃線為鋁材的范圍，綠線為底板范圍，鋁材邊上銑四個(gè)圓孔大有作用，反面加工時(shí)作定位用。/)

　　3.對(duì)零件A面 /(頂面/)進(jìn)行編程加工

　　現(xiàn)可以對(duì)零件A面進(jìn)行編程，具體的編程步驟不是本文所述重點(diǎn)，不作詳細(xì)探討，但有幾個(gè)關(guān)鍵的加工工藝要點(diǎn)。

　　/(1/)選刀。銑削鋁零件和銑模具的選刀原則一樣，即充分運(yùn)用大刀開粗小刀清角原則，粗加工要選擇直徑足夠大并有足夠切削能力的刀具快速去除材料;精加工要使用較小的刀具，能加工到每一個(gè)角落，把工件結(jié)構(gòu)形狀完全加工出來(lái)。由于鋁合金相對(duì)鋼鐵材料較軟，故進(jìn)給率和吃刀量可較大， 以8mm平刀為例，進(jìn)給可以取3000mm/min，Z 軸每次進(jìn)給可取0.5~0.8m m。由于使用加工中心，有刀庫(kù)可以換刀，所以編程 時(shí)可根據(jù)零件的實(shí)際形狀選用不同的刀具。

　　/(2/)光刀。由于零件要求較高的表面光潔度，光刀時(shí)要選用新刀具，蕞好是螺旋角達(dá)到55°的鋁合金專用刀具，同時(shí)進(jìn)給率打慢一點(diǎn)，則出來(lái)的效果就會(huì)很光亮。

　　/(3/)加工B面定位孔。A面的特征銑削加工完成后，必須在每條材料的兩旁銑出四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)8mm的圓孔，深10mm左右，圓孔必須是關(guān)于Y軸對(duì)稱的。A面加工完后的效果圖如圖7所示，兩端的四個(gè)大圓孔將用以反面/(B面/)加工裝夾時(shí)的定位孔。

　　4.B面/(底面/)定位

　　A面加工完后，底板無(wú)需拆除，也不用重新分中，加工原點(diǎn)不變。接著以A面編程時(shí)的四個(gè)定位圓孔中心的位置編程，對(duì)底板鉆出四個(gè)直徑5.1mm的孔，并人手攻m6螺絲牙，然后鎖上四個(gè)M6內(nèi)六角螺絲，如圖8所示。一般M6內(nèi)六角螺絲頭的直徑為10mm左右，接著編程，把四個(gè)螺絲頭銑至直徑為7.95mm，并用挫刀去除批鋒，這樣，前期工作就完成了。加工B面時(shí)，把鋁材翻過(guò)來(lái)，把A面四個(gè)8毫米圓孔對(duì)準(zhǔn)底板上的螺絲頭，用膠錘敲打鋁材進(jìn)去，完成B面的定位，然后用沉頭螺絲把鋁材收緊在底板上，完成裝夾。

　　分析一下：由于編程銑削頂面/(A面/)特征、銑削A面定位圓孔、銑削底板上定位螺絲頭、銑削頂面/(B面/)特征時(shí)，加工原點(diǎn)都相同，是同一個(gè)中心，所以加工出來(lái)的零件頂面跟底面中心是重合的。這種方法比逐個(gè)零件加工頂面，接著做夾具定位加工底面的方法要快速和準(zhǔn)確得多。

　　B面編程時(shí)加工原點(diǎn)不變，零件間距與A面一致。

　　5.對(duì)零件B面 /(底面/)進(jìn)行編程加工

　　零件反過(guò)來(lái)裝夾好后，即可對(duì)B面/(底面/)進(jìn)行編程序加工，編程及加工工藝關(guān)鍵點(diǎn)與A面/(頂面/)相似，但有一處工藝必須注意，那就是蕞后的切斷步驟。A面加工到蕞后一刀時(shí)，由于鋁材還是一整條料，還是鎖在底板上，因此不用擔(dān)心零件會(huì)松動(dòng)。但加工B面到蕞后一刀切斷時(shí)，零件與鋁材會(huì)徹底分離開來(lái)，如圖9所示。假如不先把零件鎖緊在底板上，零件會(huì)在將近完全切斷時(shí)飛出去，導(dǎo)致?lián)p壞報(bào)廢。所以程序在走到切斷一步前，要暫停下來(lái)，由于零件上本身有幾個(gè)通孔已加工出來(lái)，可以在通孔上穿上幾個(gè)M3內(nèi)六角螺絲，把零件鎖緊在底板上，當(dāng)然底板上相應(yīng)位置要預(yù)先鉆孔攻牙。假如零件沒(méi)有通孔，可以考慮用壓板壓住零件，但切斷就要分兩次進(jìn)行，不然就會(huì)切到壓板。

　　四、結(jié)束語(yǔ)

　　本文主要探討了用加工中心批量生產(chǎn)零件的一種方法。

　　與用壓鑄模具生產(chǎn)零件的方法相比較，它避免了在小批量零件制造時(shí)要開模具的不經(jīng)濟(jì)性，生產(chǎn)周期大大縮短。同時(shí)，正確的裝夾定位及合理的加工工藝使加工出來(lái)的零件有較高的精度及表面光潔度，這是壓鑄工藝所達(dá)不到的。而且，擠出鋁型材的致密度比較高，所加工出來(lái)的零件強(qiáng)度比壓鑄件要高。另外，這種方法是區(qū)別于一般的單個(gè)零件 生產(chǎn)的，它可以批量地生產(chǎn)出一床零件。如果機(jī)床的工作臺(tái)夠大，底板就可以做大些，一次可以排上幾條鋁材，則加工效率可進(jìn)一步提高， 換刀次數(shù)相對(duì)減少。蕞后如果零件的側(cè)面有特征要加工，例如有圓孔要鉆，則零件在B面切斷獨(dú)立后，要制造夾具，裝好零件再加工。