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數控加工中心批量生產鋁合金零件的方法

數控加工中心批量生產鋁合金零件的方法

在目前的輕工產品開發時,結構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點:可以滿足較快速的大批量生產,只要生產出鋁合金壓鑄模具,裝上壓鑄機就可以生產,而且批量零件的尺寸穩定性較好,加工余量比較少,節約材料,經濟性 比較好。另外鋁合金零件的機械強度雖比不上鋼鐵零件,但相對塑膠零件強度大得多,完全可以滿足日用工業制品的要求, 而且,鋁合金密度相對較小,比鋼鐵材料輕得多,散熱性能良好,在工業產品中得到越來越多的應用。像摩托車的齒輪箱外殼就是用鋁合金壓鑄件制造的。

 

  前段時間,學校拓展部接到一批“發燒級遙控油動賽車的齒輪箱組件”的生產訂單,該齒輪箱組件由上蓋/(藍色部分/)和下蓋/(橙色部分/)組成,如圖1所示。

 

 

 

  這批產品的生產要求如下:/(1/)采用鋁合金材料,生產數量不多,每款只有一千件,但款式有十幾款。/(2/)客戶對鋁合金零件的要求比較高,第一,要求零件的尺寸精度高,許多關鍵位置尺寸公差要求在0.02毫米以內;第二,作為外觀零件,要求表面光潔度達到鏡面級,然后通過陽極氧化著色,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;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鋁零 件,表面質量是很粗糙的,再通過打磨、拋光等方法處理,也難以達到氧化著色的光潔要求,且費時費力。

 

  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品呢?筆者經過生產實踐,利用數控加工中心,采用合理的加工工藝及科學的裝夾方法,完成產品的加工。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控加工過程,上蓋的工藝方法和加工過程與下蓋類似,這里不再詳述。

 

  一、加工工藝分析

 

  簡化看下蓋零件主要由頂面/(A面/)和底面/(B面/)組成/(見圖2/),特征的生長方向均是上下方向,方便用立銑刀作Z 軸上下運動和作XY平面運動,且零件周邊沒有側向孔,是典型的三軸加工。加工思路是開出一整塊鋁材,在數控加工中心上裝夾好,先編程加工A面特征,然后反過來裝夾加工B面。關鍵 是如何在機床上批量地生產零件和如何解決反面裝夾的定位問題,保證兩次裝夾零件的中心是重合的。

 

 

 

  通過建立三維模型,生成模型的邊界盒,零件的長、寬、高分別是48.84mm×50.0mm×22.30mm/(見圖3/)。由于單個零件的尺寸不大,一條鋁材可以排5個零件/(即可以加工5個零件/),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個零件的單面加工。

 

 

 

  二、齒輪箱組件下蓋數控加工工藝過程

 

  1.開料

 

  材料采用6063牌號鋁合金擠壓型材,擠壓型材市場上可以直接購回,由于型材采用高壓擠壓出來,材料的致密性較鋁合金壓鑄要好,材料內部/(如砂眼等/)的缺陷少,強度高,切削加工性能好。另外,6063牌號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,長度按能排下5個零件去鋸斷,一條鋁材排5個零件,生產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備一塊底板,底板夾緊在機床上不動,而鋁材則通過螺絲鎖緊在底板上,加工思路是:先逐一把二百多條鋁材的A面都加工出來,然后再反面裝夾加工B面。

 

  由于加工定位、分中對刀均在底板上進行,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/)先用磨床磨平兩個大面,放機床上裝夾好。

 

  /(3/)四邊銑出直邊和用來分中,以確定加工原點。

 

  /(4/)編寫鉆孔程序,在底板的兩端各鉆4個定位孔,然后人工攻好螺絲牙/(如圖5所示綠色部分/)。所鉆幾個定位孔目的是用來快速裝夾鎖緊工件。在加工A面特征時,用底板的四個螺絲牙鎖緊鋁材/(圖6中紫色部分/)。加工B面特征時,則用另外4 個螺絲牙。加工A面時,內六角螺絲的定位要求不高,4個螺絲兼鎖緊及定位作用。但是由于在加工B面時,必須與A的加工原點重合,此時4個螺絲僅僅起到鎖緊作用,而不能用來定位/(B面的定位方式在下文詳細介紹/)。

 

  鋁型材截好長度后,利用鉆底板定位孔的加工程序,在鋁型材的兩端與底板對應位置鉆定位沉頭孔/(兩面都要鉆/),沉頭孔用來放置沉頭內六角螺絲,以把鋁材鎖緊在底板上。由于用同一個鉆孔程序,底板與鋁材兩端的定位孔完全重合,從而實現快速定位加工。

 

 

 

  在編程排位時,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,鋁材邊上銑四個圓孔大有作用,反面加工時作定位用。/)

 

 

 

  3.對零件A面 /(頂面/)進行編程加工

 

  現可以對零件A面進行編程,具體的編程步驟不是本文所述重點,不作詳細探討,但有幾個關鍵的加工工藝要點。

 

  /(1/)選刀。銑削鋁零件和銑模具的選刀原則一樣,即充分運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,能加工到每一個角落,把工件結構形狀完全加工出來。由于鋁合金相對鋼鐵材料較軟,故進給率和吃刀量可較大, 以8mm平刀為例,進給可以取3000mm/min,Z 軸每次進給可取0.5~0.8m m。由于使用加工中心,有刀庫可以換刀,所以編程 時可根據零件的實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,光刀時要選用新刀具,最好是螺旋角達到55°的鋁合金專用刀具,同時進給率打慢一點,則出來的效果就會很光亮。

 

  /(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標準8mm的圓孔,深10mm左右,圓孔必須是關于Y軸對稱的。A面加工完后的效果圖如圖7所示,兩端的四個大圓孔將用以反面/(B面/)加工裝夾時的定位孔。

 

  4.B面/(底面/)定位

 

  A面加工完后,底板無需拆除,也不用重新分中,加工原點不變。接著以A面編程時的四個定位圓孔中心的位置編程,對底板鉆出四個直徑5.1mm的孔,并人手攻m6螺絲牙,然后鎖上四個M6內六角螺絲,如圖8所示。一般M6內六角螺絲頭的直徑為10mm左右,接著編程,把四個螺絲頭銑至直徑為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,把鋁材翻過來,把A面四個8毫米圓孔對準底板上的螺絲頭,用膠錘敲打鋁材進去,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,加工原點都相同,是同一個中心,所以加工出來的零件頂面跟底面中心是重合的。這種方法比逐個零件加工頂面,接著做夾具定位加工底面的方法要快速和準確得多。

 

  B面編程時加工原點不變,零件間距與A面一致。

 

  5.對零件B面 /(底面/)進行編程加工

 

 

 

 

 

 

 

  零件反過來裝夾好后,即可對B面/(底面/)進行編程序加工,編程及加工工藝關鍵點與A面/(頂面/)相似,但有一處工藝必須注意,那就是最后的切斷步驟。A面加工到最后一刀時,由于鋁材還是一整條料,還是鎖在底板上,因此不用擔心零件會松動。但加工B面到最后一刀切斷時,零件與鋁材會徹底分離開來,如圖9所示。假如不先把零件鎖緊在底板上,零件會在將近完全切斷時飛出去,導致損壞報廢。所以程序在走到切斷一步前,要暫停下來,由于零件上本身有幾個通孔已加工出來,可以在通孔上穿上幾個M3內六角螺絲,把零件鎖緊在底板上,當然底板上相應位置要預先鉆孔攻牙。假如零件沒有通孔,可以考慮用壓板壓住零件,但切斷就要分兩次進行,不然就會切到壓板。

 

  四、結束語

 

  本文主要探討了用加工中心批量生產零件的一種方法。

 

  與用壓鑄模具生產零件的方法相比較,它避免了在小批量零件制造時要開模具的不經濟性,生產周期大大縮短。同時,正確的裝夾定位及合理的加工工藝使加工出來的零件有較高的精度及表面光潔度,這是壓鑄工藝所達不到的。而且,擠出鋁型材的致密度比較高,所加工出來的零件強度比壓鑄件要高。另外,這種方法是區別于一般的單個零件機加工生產的,它可以批量地生產出一床零件。如果機床的工作臺夠大,底板就可以做大些,一次可以排上幾條鋁材,則加工效率可進一步提高, 換刀次數相對減少。最后如果零件的側面有特征要加工,例如有圓孔要鉆,則零件在B面切斷獨立后,要制造夾具,裝好零件再加工。


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