數控加工中心批（pī）量生產鋁合金零件的方法

在目（mù）前的輕工產品（pǐn）開發時，結構零部件（jiàn）的選材一般有塑料、衝壓（yā）鈑金件、鋁合金壓鑄件、橡膠件等，而（ér）采用鋁合金壓鑄件有以下一些優點：可以滿足較快（kuài）速的大批量生產，隻要生產出鋁合金壓鑄（zhù）模具，裝上壓鑄機就可以生（shēng）產，而且批量零件的尺寸穩定性較好，加工（gōng）餘量比（bǐ）較少，節約（yuē）材料（liào），經濟性 比較（jiào）好。另外鋁合金零件（jiàn）的機械強度雖比不上（shàng）鋼鐵零件，但相對（duì）塑膠零件強度大得多，完全可以滿足日用工業製（zhì）品的要求， 而且，鋁合金密（mì）度相（xiàng）對較小，比鋼鐵材（cái）料（liào）輕得多，散熱（rè）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（shì）用鋁合（hé）金（jīn）壓鑄件製造的。

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

　　這批產品的生產（chǎn）要求如下：/(1/)采用鋁（lǚ）合金材料，生產數量不多，每款隻有一千件，但款式有十幾款。/(2/)客戶對鋁合金零（líng）件的要求比較高，第一，要求零件（jiàn）的尺寸精度高，許多關鍵（jiàn）位置（zhì）尺寸公差要求在0.02毫米以內;第二，作為外觀零件，要（yào）求表麵（miàn）光潔度達到鏡麵（miàn）級，然後（hòu）通過陽極氧化著色，使色（sè）彩變得絢麗奪目。 由於批量（liàng）太少，這種情況下假如開鋁合金壓（yā）鑄模，成本很（hěn）高，非常不合（hé）理，而且開模的周期也比較長;由於零件的尺寸精度及表麵光潔度要求高，如果用鋁合金壓鑄（zhù）模（mó）生產鋁零（líng） 件，表麵質量是很粗糙的，再通過打磨（mó）、拋光等方法處理，也難以達到氧化著色的光潔要（yào）求，且（qiě）費時費力。

　　如何在零件批量少、款式多、尺寸精度（dù）及外觀表麵光潔度要（yào）求高（gāo）的前提下（xià），滿（mǎn）足客戶（hù）的要求，為客戶提供合格的產品呢?筆者經過生（shēng）產實踐，利用數控加工中心，采用合（hé）理的加（jiā）工工藝及科學的裝夾方法，完成產（chǎn）品的加工。下麵就以齒輪箱組件的下蓋為例，介紹其加工工藝（yì）方（fāng）法和數控加工過程，上蓋的工藝方法和加（jiā）工（gōng）過程與下蓋類似，這（zhè）裏不再詳述。

　　一、加工工藝分析

　　簡化看下蓋零件主要由（yóu）頂麵/(A麵/)和底麵/(B麵/)組成/(見圖2/)，特征的生長方向均是（shì）上（shàng）下方向，方便用立銑刀作Z 軸（zhóu）上下（xià）運動（dòng）和作XY平（píng）麵運動，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（kòng）加工中心上裝夾好，先編程加工A麵特征，然後（hòu）反過來裝夾加工B麵。關鍵 是如何在機床上批量地生產零件和如何解決反麵裝夾的定位問題，保證兩（liǎng）次（cì）裝夾零（líng）件的中心是重合的。

　　通過建（jiàn）立三維模型，生成模型的邊界盒，零（líng）件的長、寬、高分別是48.84mm×50.0mm×22.30mm/(見圖3/)。由於（yú）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（cái），即一次裝夾可以完成15個零（líng）件的單麵加工。

　　二、齒輪箱組件下蓋數控加工工藝過程（chéng）

　　1.開料

　　材料采用6063牌號鋁（lǚ）合金擠壓型材，擠壓型材市場上可以直接購回，由於型材采用高壓擠壓出來，材料的致（zhì）密性較鋁（lǚ）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（yǎng）化著色性能較好，綜（zōng）合考慮後選（xuǎn）用。擠壓型材的截麵有多種（zhǒng）尺寸，我們選用一種比零件截麵稍大的，長度按能排（pái）下5個（gè）零件去鋸斷，一條鋁材排5個零件，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（jiā）工的前期工作需要（yào）準備一塊底板，底板夾緊在機床上不動，而鋁（lǚ）材則通（tōng）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（de）A麵都加工出來，然後再反麵裝（zhuāng）夾加工B麵。

　　由於加工定位、分中對刀均在底板上進行（háng），底板各麵的（de）平行度及上（shàng）、下底麵的平麵度顯得非常重要（yào）。為能保證加工（gōng）要求，對底板作如下工藝處理：

　　/(1/)底（dǐ）板選用厚度約為15mm的鐵板製造。

　　/(2/)先（xiān）用磨床磨平兩個大麵，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/)編寫鑽孔程序，在（zài）底板的兩（liǎng）端各鑽4個（gè）定位孔（kǒng），然後人工攻好螺絲牙/(如圖（tú）5所示綠色部分/)。所鑽幾個定（dìng）位孔（kǒng）目的是用來快速裝夾鎖緊工件。在加工A麵特征時，用底板的四個螺絲牙鎖緊鋁材/(圖6中（zhōng）紫（zǐ）色部分（fèn）/)。加工B麵特征時，則用另外4 個螺絲牙。加（jiā）工A麵時，內六角螺絲的定位要求不高（gāo），4個（gè）螺（luó）絲兼鎖緊及定位作用。但是由於在加工B麵時，必須與A的（de）加工原點重合，此時4個螺（luó）絲僅僅起（qǐ）到鎖緊作用（yòng），而不能用來定（dìng）位/(B麵的（de）定位方式在下文詳細介紹/)。

　　鋁型材截好長度（dù）後，利用鑽底板定位（wèi）孔（kǒng）的加工程序，在鋁型材的兩端與底板對應位置鑽定位沉頭孔/(兩麵都要鑽/)，沉頭孔用來放置沉頭內六角螺絲，以把鋁材鎖緊在底板（bǎn）上。由於用同一個鑽孔程序，底板與鋁材兩端的定位孔完全重合，從而（ér）實現快速定位加工。

　　在編程排位時，鋁（lǚ）材的中心與底板（bǎn）的中心重合，如圖（tú）6 所示。/(黃線為鋁材的範圍（wéi），綠（lǜ）線為底（dǐ）板範圍，鋁材（cái）邊上（shàng）銑四（sì）個圓孔大有作用，反麵加工時作定位用。/)

　　3.對零（líng）件A麵 /(頂麵/)進行編程加工

　　現可以對零件A麵進行編程，具體的編程（chéng）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（xǐ）削（xuē）鋁零件和（hé）銑（xǐ）模具的選刀（dāo）原（yuán）則一（yī）樣，即充分運（yùn）用大刀開粗小刀清角原則，粗加工要選（xuǎn）擇直徑足夠大（dà）並有足夠（gòu）切削能力的刀具快速（sù）去除（chú）材料;精加工（gōng）要使用（yòng）較小的刀具，能加工到（dào）每一（yī）個角（jiǎo）落，把工件結構形狀完（wán）全加工出來。由於鋁合金相對鋼鐵材料較軟，故進給率（lǜ）和吃刀量可較大， 以8mm平刀（dāo）為例（lì），進給可（kě）以取3000mm/min，Z 軸每（měi）次進給（gěi）可取0.5~0.8m m。由於使用加工（gōng）中心，有刀庫（kù）可以換刀，所（suǒ）以編程 時可根據零件的實際形狀選用不同的刀具。

　　/(2/)光刀。由於零件要求較高的表（biǎo）麵光潔度，光刀時要選用新刀具，最（zuì）好是螺旋角達（dá）到55°的鋁合金專用刀具，同（tóng）時進給率打慢一點，則出來的效果就會很光亮（liàng）。

　　/(3/)加工B麵定位孔。A麵（miàn）的特征銑（xǐ）削加工完成後，必（bì）須在（zài）每條材料的兩旁銑（xǐ）出四個標準（zhǔn）8mm的圓孔，深10mm左右，圓孔必須是關於Y軸對稱（chēng）的。A麵加（jiā）工完後的效果圖如（rú）圖7所示，兩端的四個大圓孔將用以反麵/(B麵/)加工裝夾時的定位孔（kǒng）。

　　4.B麵/(底麵/)定位

　　A麵加（jiā）工（gōng）完後，底板無（wú）需拆除，也不用重新分中，加（jiā）工原點（diǎn）不變。接著以A麵編程時的四個（gè）定位圓孔中心的位置編程，對（duì）底板鑽出四個直徑5.1mm的（de）孔，並人手攻m6螺絲牙，然後鎖上四個M6內六角螺絲（sī），如圖8所示。一般M6內六角螺絲頭的直徑（jìng）為10mm左右，接著編程，把四個螺（luó）絲頭銑至直（zhí）徑為7.95mm，並用挫刀去（qù）除批鋒（fēng），這樣，前期工作就完（wán）成了。加工B麵時（shí），把鋁材翻過來（lái），把A麵四個8毫米圓孔對（duì）準（zhǔn）底板上的螺（luó）絲頭，用膠錘敲打鋁材（cái）進去，完成（chéng）B麵的定位，然後用沉頭螺絲把鋁（lǚ）材收緊在底板上，完成裝夾。

　　分析（xī）一下：由於編程銑（xǐ）削頂麵/(A麵/)特征、銑削A麵定位圓孔、銑削底板上定位螺絲頭、銑削頂麵/(B麵/)特征時，加（jiā）工原（yuán）點都相同（tóng），是同一個中心，所以加工出來的零件頂（dǐng）麵跟底（dǐ）麵中心是重（chóng）合的。這種方法比逐個（gè）零件加工頂麵，接著（zhe）做夾具定位加工底麵的方法要快速和準（zhǔn）確得多。

　　B麵編程時加（jiā）工原點不變，零件間距與A麵一致（zhì）。

　　5.對零件B麵 /(底麵/)進行編程加工

　　零件反過（guò）來裝夾（jiá）好後（hòu），即可對B麵/(底麵/)進行編程序（xù）加工，編程及加工工藝關鍵點與A麵/(頂麵/)相似，但（dàn）有一處工藝必須注（zhù）意，那就是最後的切斷步驟。A麵加工到最後一（yī）刀時，由（yóu）於鋁材還是一整條料（liào），還是鎖在底板（bǎn）上，因此不用擔心零件會鬆動（dòng）。但加工B麵到最後一刀切斷時，零件與鋁材會徹底分（fèn）離開來，如圖9所示。假（jiǎ）如不先把零件（jiàn）鎖緊在底板上，零件會在將（jiāng）近完全切斷（duàn）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，由於零件上本身有幾個通（tōng）孔已加工出來，可以（yǐ）在（zài）通孔上穿上幾（jǐ）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鑽孔攻牙。假如零件沒有通孔，可以考（kǎo）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（shù）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（yǔ）用壓鑄模（mó）具生產零件的方法相比較，它避免了在小批量零件製造時要開模具的不經濟性，生產周期大大縮（suō）短。同時，正確（què）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麵光潔度，這是壓鑄工藝（yì）所達不到的。而且，擠出鋁型材的致密度比較高，所加工出（chū）來的零件強度比壓鑄件要高。另外，這種（zhǒng）方法是（shì）區別於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。如果機床的工作台夠大，底板就可（kě）以做大些，一（yī）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。最後如果零件的側麵有特征要加工，例如有圓孔要鑽，則零件（jiàn）在B麵切斷獨立後，要製造（zào）夾具，裝好零件再加工。