专利名称：一种局部带有通孔的薄壁铝板件精密数控加工方法
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，而提供一种能提闻广品加工稳定性，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(I)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O. 4mm，选用直径为10mm-12mm的立铣刀，切削深度为O. 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O. 4mm，通孔内圆柱面加工留量为O. 35mm,选用直径为10mm-12mm的立统刀，切削深度为O. 3mm,进给速率为2500mm/min,主轴转速3000rpm ；(2)粗加工后工件在20°C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O. 5毫米，进给速率为800mm/min，主轴转速5000rpm，单边留量为O. Imm ;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O. I毫米，进给速率为400mm/min，主轴转速5000rpm，单边留量为O. Imm ;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O. 02毫米,进给速率为200mm/min,主轴转速6000rpm,单边留量为O. 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O. 5mm，进给速率为300mm/min，主轴转速6000rpm,单边留量为O. 06mm ;其他有精度要求平面的加工参数为切削深度为O. I毫米，进给速率为400mm/min，单边留量为O. 08mm ;最后再对有精度要求的平面走刀一次，切削深度为O. 02毫米，进给速率为200mm/min，主轴转速6000rpm，单边留量为O. 06mm ；(4)精加工后的工件在20°C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△，根据上述差值△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△，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O. 5mm,进给速率为300mm/min,主轴转速6000rpm,单边留量仍为O. 06mm,内但孔数控程序运行轨迹的直径增大Λ，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O. 02_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I、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O. 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O. 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O. 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。
图I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。
具体实施例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 = O. 8 μ m，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(I)粗加工正面粗加工时，将毛坯料用平口钳夹住，选用直径为IOmm的立铣刀，切削深度为O. 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O. 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I、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IOmm的立铣刀，切削深度为O. 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O. 4_，同时把通孔内圆柱面5再加工一次，留量到O. 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°C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I、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O. 5毫米，进给速率为800mm/min，主轴转速为5000rpm，单边留量为O. Imm ;加工底面3，切削深度为O. I毫米,进给速率为400mm/min,主轴转速为5000rpm,单边留量为O. 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O. 02毫米，进给速率为200mm/min，主轴转速为6000rpm，单边留量为O. 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O. Olmm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O. 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O. 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O. 5mm，进给速率为300mm/min，单边留量为O. 06mm。加工台阶面4 :切削深度为O. I毫米，进给速率为400mm/min,主轴转速为4000rpm，单边留量为O. 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O. 02毫米，进给速率为200mm/min，主轴转速为6000rpm，单边留量为O. 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O. 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O. 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O. 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的立统刀，切削深度为O. 5mm,进给速率为300mm/min,主轴转速6000rpm,单边留量不变，还为O. 06mm,但内孔数控程序运行轨迹的直径增大O. Imm,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I和表2所示。表I
权利要求
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O. 4mm，选用直径为10mm-12mm的立铣刀，切削深度为O. 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O. 4_，通孔内圆柱面加工留量为O. 35_，选用直径为10mm-12mm的立统刀，切削深度为O. 3mm,进给速率为2500mm/min,主轴转速3000rpm ； (2)粗加工后工件在20°C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O. 5毫米，进给速率为800mm/min，主轴转速5000rpm，单边留量为O. Imm ;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O. I毫米，进给速率为400mm/min，主轴转速5000rpm，单边留量为O. Imm ;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O. 02毫米,进给速率为200mm/min,主轴转速6000rpm,单边留量为O. 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O. 5mm，进给速率为300mm/min，主轴转速6000rpm,单边留量为O. 06mm ;其他有精度要求平面的加工参数为切削深度为O. I毫米，进给速率为400mm/min，单边留量为O. 08mm ;最后再对有精度要求的平面走刀一次，切削深度为O. 02毫米，进给速率为200mm/min，主轴转速6000rpm，单边留量为O. 06mm ； (4)精加工后的工件在20°C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△，根据上述差值△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Λ，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O. 5mm,进给速率为300mm/min,主轴转速6000rpm,单边留量仍为O. 06mm,内但孔数控程序运行轨迹的直径增大Λ，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I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I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O. 02_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I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。
全文摘要
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。
文档编号B23C3/00GK102873386SQ20121038559
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月12日 优先权日2012年10月12日
发明者王勇, 邵文全, 寇金宝 申请人:天津商业大学