铝合金薄壁异型件数控加工及工装概述.docx
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铝合金薄壁异型件数控加工及工装概述
目录
摘要………………………………………………………………………………………2
关键词……………………………………………………………………………………2
一、件分析及设计任务书……………………………………………………………2
（一）铝合金薄壁异型件的分析………………………………………………………2
（二）零件结构特点……………………………………………………………………2
（三）零件的技术要求…………………………………………………………………2
（四）零件的加工要求…………………………………………………………………3
（五）数控加工特点……………………………………………………………………3
二、工规程的制定……………………………………………………………………4
（一）生产类型及工艺特点……………………………………………………………4
（二）零件材料及毛坯…………………………………………………………………4
（三）定位基准选择……………………………………………………………………5
（四）工艺路线的拟定…………………………………………………………………5
（五）切削用量的选择…………………………………………………………………5
（六）铣削功率的校验…………………………………………………………………6
三、专用夹具……………………………………………………………………………7
（一）夹具的主要作用及分类……………………………………………………………7
（二）被加工零件工序图…………………………………………………………………7
四、数控加工程序编程…………………………………………………………………7
（一）A面程序加工………………………………………………………………………8
（二）B面加工程序………………………………………………………………………9
（三）、外侧面加工程序…………………………………………………………………11
（五）、参考文献…………………………………………………………………………16
摘要
在航空、航天等机载设备中，应用铝合金薄壁异形件是为了减轻重量，从而在运行过程中减轻阻力等其他干扰，以便节约能源。
本器件在数控机床上完成，设计过程中力求获得较高的强度、加工精度、可靠性，论文提出了强化处理与数控编程加工，从而让达到相应的目的。
在查阅相关资料的基础上，综合应用了各学科的知识，包括：
《互换性与测量技术》、《机械制造工艺基础》、《机械制造基础》、《机械设计基础》、《数控加工编程与操作》。
主要完成工作：
铝合金薄壁异形件的分析，工艺规程的制定，专用夹具的选择，数控加工程序的编制。
设计内容如下：
零件分析及设计任务书
工艺规程的制定
专用夹具的选择
数控加工编程
关键词
数控加工加工精度加工工艺
铝合金薄壁异型件数控加工及工装
一、零件分析及设计任务书
（一）铝合金薄壁异型件的分析
铝合金薄壁异型件主要应用在航天航空等机载设备中，因此要求壁薄厚已达到减轻重量的目的。
同时需要保证一定的强度、刚度，通过它将若干只微波器件按一定的相互位置装配在一起，按慰波设计要求，实现微波信号的发射与接收。
因此该类零件的加工精度要求更高。
（二）零件的结构特点
铝合金薄壁异型件的种类很多，其尺寸、大小和结构形式随其用途的不同也有很大差异。
一般来说铝合金薄壁异型件的主要结构特点是：
有加工精度要求高的装孔；加工复杂形状怪异，没有明显的基准面薄厚而且不均匀；与一般钢件相比质地软切削后容易产生切削应力导致变形。
（三）零件的技术要求
（1）零件加工后要求保证T6状态
（2）零件表面不允许有任何划伤磕碰等缺陷
（3）去清毛刺，锐边倒钝，但所有光孔孔口不得有倒角
（4）未注线性尺寸公差按IT14，行位公差按C级
（四）零件的加工要求
该零件的加工精度要求高，加工面主要是孔和平面、位置、形状、尺寸精度都各有要求。
工艺设计时要考虑到节约成本，提高生产效率，减轻工人劳动强度。
因此采用数控加工，并用专用工装，能有效保证尺寸加工精度。
分析设计零件图（见图1）零件的主要加工要求如下：
（1）孔的尺寸精度表面粗糙度
∮21.5
孔、∮18.5
孔、∮25∮
孔表面粗糙度Ra为1.6μm
12×∮3.5
孔、2×∮6.4
孔、8×3∮
孔表面粗糙度Ra为1.6μm
（2）孔的位置精度
∮21.5
孔与∮18.5
孔孔距为±0.02㎜
∮25
孔与2×∮6.4
孔孔距为±0.02㎜
（3）主要平面的形状精度，相互位置精度和表面粗糙度
基准A为结合面。
平面度公差为0。
1㎜，表面粗糙度Ra为1.6μm
，外侧表面粗糙度Ra为3.2μm
（4）平面的相互位置精度
长度两侧面与基准A的垂直度为0.15㎜
高度两面平行度公差为0.05㎜
（5）加工完成后有一定的强度要求，需进行强化处理
（五）数控加工特点
数控是指在数控机床进行零件切削加工的一种工艺方法。
数控加工是现代制造的重要组成部分，与传统机加工有如下优点：
（1）自动化程度高，在数控机床加工零件时，除了手工装卸工件外，其余加工过程都由机床自动完成，在柔性制造系统中，上下料、检测、诊断、对刀、传输调度、管理等也都由机床自动化完成，这样减轻了操纵者的劳动强度，改善了劳动条件。
（2）加工精度高，加工质量稳定，数控加工的尺寸精度通常在0.005——0.1㎜之间不受零件复杂程度影响加工中消除了操纵者的人为误差提高了同批零件尺寸的一致性，使产品质量保持稳定。
（3）对加工对象的适应性强，数控机床上实现自动加工的控制信息是加工程序，当加工对象改变时除了相应的跟换刀具和解决工件装夹方式外，只要从新编写并输入该零件的加工程序，便可自动加工出新的零件，不必对机床进行复杂的调整这样缩短了生产准备周期，这样给新产品的研发以及进行改进提供了便捷。
（4）生产效率，数控机床的加工效率高，一方面自动化程度高，在一次装夹中可完成多个表面的加工，省去了划线，多次装夹、检测等工序；另一方面是数控机床运动速度高，空行程时间短。
目前数控机床的主轴转速以达到5000——7000r∕min.数控高速磨削的砂轮线速度以达到100——m∕s200m∕s，加工中心主轴转速已达到20000——50000r∕min各轴进给速度达到18——24。
（5）易于实现网路化制造，有利于现代化管理。
由于数控机床是使用数字信息易于与计算机辅助设计和制系统的链接，便于网路传输形成计算机辅助设计和造与数控机床紧密结合的一体化系统。
（6）良好的经济效益
数控机床虽然设备昂贵，分摊到每个工件上的设备费用高，但用数控机床加工可以节省许多其他费用，如利用数控机床加工时可以省去划线工时、减少调整加工和检验时间，节省了直接的生产费用。
数控机床加工精度稳定，废品率低，使生产成本降低；另外，数控机床可以一机多用，节省厂房面积，减少建厂投资。
因此数控机床可以获得良好的经济。
一般来说，数控加工方法与普通机床加工方法在工艺原则上多半相似但数控加工的工序内容比通用机床加工的内容复杂，这是因为数控机床价格昂贵，若只加工简单工序既不经济也不合理。
所以在数控机床上尽可能安排复杂的工序，以及通用机床难以完成的工序加工工艺技术难度越大越能显示数控加工方法的优越性.
数控机床除了被指定完成一些基本工序外，换可以完成一些其他工序，也可以把精度低，去除加工余量大和作用在机床上的切削力大的粗加工与精度高、切削力小的精加工同一次装夹完成，这表明零件加工工序越集中越能显示数控加工的特点。
二、工艺规程的制定
零件加工的工艺规程就是一系列不同工序的综合。
由于生产规模和具体生产条件的不同对同一零件的加工工序综合可能有不同的方案，应当根据具体的条件采用其中最完善和较经济的方案。
（一）生产类型及工艺特点
划分生产类型时既要根据生产纲领同时还要考虑零件的体积质量等因素。
值得一提是生产类型将直接影响工艺过程的内容和生产组织形式，并在一定程度产品的结构设计起着主要作用。
该零件的生产纲领为一年2000件，属于中批量生产，主要工艺特征是普通加工以通用机床为主，辅以专用夹具，工件在机床的装卸和传递均需人工完成。
（二）零件材料及毛坯
由于该零件的生产纲领为中批量生产，零件属于薄壁异形件，为了节省原料，使得资源
得以充分利用。
同时提高生产效率，降低生产成本，零件毛坯选用焊接件，原料选用牌号6063的铝合金热轧板材，这种材料经过固熔时效处理，可获得良好的力学性能，焊接性良好。
零件原材料选用铝合金热轧板材，并进行X射线探伤检查不得含有夹杂、夹层、裂纹等缺陷。
焊接件毛坯在焊接过程中受热不均与导致焊后变形，因此需要留有一定的加工余量根据零件的结构特点，考虑零件外表面留1——2㎜精加工余量，具体见表1.如图2所示。
表1
加工表面
基本尺寸
尺寸公差
毛坯尺寸
总余量
说明
外侧面
173
IT14
175
2
双侧加工
总长度
310
0.2—0.4
312
2
双侧加工
壁厚
3
IT14
4
1
单侧加工
壁厚
3
IT14
4
1
单侧加工
壁厚
2
IT14
3
1
单侧加工
总厚度
136.5
±0.15
138.5
2
双侧加工
总宽度
152
±0.15
154
2
双侧加工
（三）、定位基准选择
根据基准选择原则并根据该零件的特点，利用专用工装，由于该零件的最大特点是壁薄导致铣削时刚性不足，因此选用工装时要考虑定位可靠，夹紧方便还要考虑如何增加工件的刚性，减少铣削时的振动及由于刚性不足引起的变形，从而有效保证零件加工精度。
（四）工艺路线的拟定
根据零件结构特点技术要求，从数控加工工艺及工厂现有生产条件考虑制定如下方案
毛坯制造→强化处理→数控加工→钳工→表面处理
a）毛坯制造
该零件采用焊接件毛坯。
焊接方法用手工铝钎焊。
将该零件分三块及图板一、板二、板三。
对它们分别进行加工按图纸要求原料选用牌号为6063铝合金热轧板材。
采用铣切割等加工工艺加工成焊接之前工艺图尺寸。
零件其表面留有焊后加工余量。
内表面直接加工至图纸要求。
为了保证零件最总的尺寸及形状精度，所有安装孔暂不加工，焊接时需要采用专用工装夹紧定位以保证焊接后毛坯形状精度确保精加工余量均与性，尽管采用专用工装焊接，焊接后仍有一定的变形，须由钳工校正，并由钳工按焊接工艺图钻孔一边后到工序装夹使用。
2、强化处理
为了零件获得一定的强度，必须在焊接后精加工前进行强化处理。
强化工艺过程如下：
（1）将零件清洗干净，装入专用工装，并用螺钉紧固。
（2）立式铝合金淬火炉进行固熔处理，加热温度及保温时间按技术要求规范Q∕HXTS-GF100--2005处理.
（3）由钳工将该零件从工装卸下校正，消除固熔处理后的变形量，将其再次装入工装用螺钉紧固。
（4）进行人工时效处理。
（5）检测零件表面硬度。
3、数控加工
传统的机加工通常是加工、测量，加工的模式，其加工工艺某种程度上有一定的随意性，且和操作人员的经验有一定的关系。
数控加工通过计算机控制，刀具做精确的切削加工运动，是完全建立在复杂的数值运算基础之上的，能实现传统的机加工无法实现的合理的、完整的工艺规划。
根据零件的结构特点技术要求选用卧式加工中心加工回转工作台进行加工，专用工装夹紧。
精加工运转间段，要求保护好以加工的零件表面，表面贴保护膜，海绵隔离装、周转箱严禁表面划伤，具体工艺过程见工艺过程卡。
4、钳工
钳工去清所有毛刺，锐边倒钝，但光孔孔口不能倒角，焊接后按图钻工艺孔，所有螺纹按图纸攻螺纹，螺口倒角0.3×45°，表面处理后按图装入钢丝螺套。
5、表面处理
铝及其合金在大气中自然会形成一层氧化膜，但膜薄而且疏松多孔，是非晶态，不均匀连接也不连续，不能作为防护装饰性膜层。
因此需要采用一定的表面处理工艺。
按技术要求AL∕ctCcd3处理，经化学处理后获得的化学氧化膜，质软、抗磨和腐蚀性能均较好。
同时具有较好的吸附能力。
（五）、切削用量的选择
数控加工中心中切削用量应根据加工技术要求，刀具耐用度，切削条件等加以确认。
查表时，在缺少数控加工切削用量的情况下，亦可参照普通加工用量表确定，所确定的切削用量应是本机床的数值。
1、主轴转速
主轴转速n应根据允许的切削速度v（m∕min）来选取。
N=1000v（πd）r∕min1
式中d---工件或刀具直径mm
切削速度由刀具耐用度决定的，自动换刀数控机床往主轴或刀库装刀花费时间较多，所以确定切削用量要保证刀具能加工完一个零件或耐用度不低于一个工作班，至少不低于半个工作班。
2、背吃刀量
背吃刀量的ap要根据机床工件和刀具的刚性来确定，在刚性允许的情况下，应尽可能使ap等于加工表面的加工余量，以便减少走到次数，提高工作效率。
当加工精度和表面粗糙度要求高时可以留一点余量（一般0.2㎜左右）最后光刀。
数控机床的精加工余量比较普通机床的加工余量小些。
3、进给速度
进给速度指令F是数控机床切削用量中的一个重要参数通常通过加工精度和表面粗糙度来选取，当要求较高㎜∕min时，进给速度选的小些，例如通常可在200—500㎜∕min范围选取；而精铣时可在200—250之间选取。
最大进给速度受机床刚性和拖动系统性能限制。
铣基准A面时选用∮10㎜直柄立铣刀，齿数Z=3刀具材料为高速钢，现对主轴转速n,背吃到量ap，进给速度f做如下选择：
（1）查≤切削加工简明实用手册≥可知：
采用高速钢铣刀加工铝合金（95---100HBS）时，可取V=3--8m∕s,现取3m∕s
则n=1000v∕（πd）=5732r∕min。
考虑刀具耐用度及机床条件限制固取4000r∕min
（2）背吃刀量ap=0.8㎜（半精铣）或ap=0.2㎜（精铣）
（3）根据≤切削加工简明实用手册≥可知：
当机床主fz为0.05轴功率小于5千瓦时，高速钢立铣刀铣削铝合金时每齿进给量fz为0.05—0.1㎜∕z现取fz为0.05㎜∕z因此f=fz×z×n=0.05×3×4000=600mm∕min考虑多方面的因素实际取值需小于理论值，故选取f=400mm∕min
（六）、铣削功率的校验
在切削用量确定以后，为了验证所选切削用量是否满足机床主轴功率要求，换必须进行功率校验
加成功率校验的计算公式为：
Pc﹤Pe×n2
Pc---切削功率
Pe---机床主轴功率
n---主轴传动功率，通常取0.7—0.9
切削功率即为切削工件时主切削力所消耗的功率，切削功率计算公式为：
Pc=Fc×VcKW3
Fc---主切削力（圆周）
Vc---切削速度
切削力计算公式为：
Fc=Cf×Z×dt-0.86×ae0.86×af0.72×ap4
Cf---系数
Ae---切削接触弧深
Af---每齿进给量（㎜∕z）
Dt---铣刀直径（㎜）
Ap---铣削深度
z---铣刀齿数
根据式4和实际铣削状况分别计算铣削力Fc切削功率Pc。
因切削材料为铝合金，选用圆柱立铣刀齿数3直径10㎜查表取系数Cf=20，铣削接触弧深6，每齿进给量0.05㎜∕z铣削深度0.8㎜，将数据代入4式中得：
Fc=Cf×Z×dt-0.86×ae0.86×af0.72×ap
=20×3×10-0.86×60.86×0.050.72×0.8×9.8=32.9N
当切削速度Vc=3m∕s时，切削功率为
Pc=Fc×Vc=32.9×3=98.7W=0.0987KW
由于EBM1000卧式加工中心机床主轴功率为3.5KW。
则：
Pc×n=3.5×0.8=2.8KW
因为0.0987＜2.8
所以Pc﹤Pe×n
通过以上计算表明，选用切削用量符合机床功率要求
三、专用夹具
（一）夹具的主要作用及分类
机床夹具是在加工时用来正确确定工件位置并将它牢固夹紧的专用工艺装备，他的主要作用如下：
（1）保证发挥机床的基本工艺性能
（2）扩大机床使用范围
（3）保证加工精度
（4）提高加工效率
（5）减轻劳动强度，做到安全生产
夹具按照使用范围又分通用夹具和专用夹具，专用夹具是专门为某一工件、某一工序设计制造的专用装备，结构紧凑，轮廓较小便于维护，并能符合技术要求，因此适用于批量生产。
（二）被加工零件工序图
因该零件在焊接前是分三块得，及板1、板2、板3.对它们分别进行加工，被加工工序图如图板3、板4、板5.
四、数控加工程序编程
数控加工程序编制时，首先对零件图纸分析并作出各种处理，如确定对刀点、加工路线、选择刀具和切削用量等，然后进行必要的计算，（如坐标计算等）再将确定工艺过程、工艺参数、刀具位移量与方向以及其他辅助动作（冷却、换刀、夹紧等）按走到路线和数控系统规定指令代码及程序格式编出程序，并将程序输入控制机，以控制机床加工。
数控系统采用的是“三菱数控系统”程序原点在圆弧槽中心。
（一）A面程序加工
T1=∮14（直柄立铣刀）
T2=∮4.2（直柄麻花钻）
G80G17G49G40
M6T1
G90G54X0Y0
G43Z5H1M8
M3S900
#1=0.2
M98H100（留0.2余量待精加工）
#1=0
M98H100（精铣0.2余量）
#1=-10
M98H110（第一刀铣深10）
#1=-16.575
M98H110（第一刀铣深16.575）
G0Z150
M05
M30M6T2
G90G54G0X0Y0
G43Z4H2M8
M3S200
G98G83Z-9Q3F100R1L0
G0X75Y486
G0X-75
G83Z-26Q3F100R-15LO
X147Y414
X-147
G80G0Z150
M30
H100（铣平面子程序）
G90G00X149Y332
Z2
G01Z#1F100
Y437.8137F250
X81.5Y469.285
X497
X76Y482
Y496
X-72.4005
X-76Y482
Y496.3372X-81.5Y469.285
X-149Y437.8137
Y340
G00Z4
M99
H110（铣两侧面台阶子程序）
G90G00X-149Y332
Z2
G01X#1F100
Y441.6755F200
X-147.3875Y442.4273
Y431.3575
G00Z4
X149Y332
Z2
G01Z#1F100
Y441.6755F200
X147.3875Y42.4273
Y431.5845
G00Z4
M99
（二）B面加工程序
T1=∮14（直柄立铣刀）
T2=∮4.2（直柄麻花钻）
G80G17G90G40G49
M6T1
G90G54G0X0Y0
G43Z4H1M8
M3S900
#1=0.2
M98H100（留0.2余量待精加工）
#1=0
M98H100（精铣0.2余量）
#1=-10
M98H110（第一刀铣深10）
#1=-15.575
M98H110（第二刀钻深15.575）
#1=-15
M98H111（第一刀铣深15）
#=-21.075
M98H111（第二刀铣深21.075）
G0Z150
M30M6T2
G90G54G0X0Y0
G43Z4H2M8
M3S2000
G98G83Z-9Q3F100R1L0
X75Y486
X-75
G83Z-29Q3F100R-20L0
X147Y414
G83Z-24Q3F100R-15L0
X-147
G80
G0Z150
M30
H100（铣平面子程序）
G90G00X149Y332
Z2
G01Z#1F100
Y437.8137F250
X81.5Y469.285
Y497
X76Y482
Y496
X-72.4OO5
X-76Y482
Y496.3372
X-81.5
Y419.285
X-149Y437.8137
Y340
G00Z4
M99
H110
G90G00X-149Y332
Z2
G01Z#1F100
Y441.6755F200
X-147.3875Y442.4273
Y431.3575
G0Z4
M99
H111
X149Y332
Z2G01Z#1F100
Y441.6755F200
X147.3875Y442.4273
Y431.5845
G00Z4
M99
（三）、外侧面加工程序（程序原点设在回转工作台中心）
T1=∮10（直柄立铣刀）
T2=∮16（直柄立铣刀）
G80G17G40G90G49
M6T1
G90G54X0Y0B0
G43Z4HIM8
M3S4000
#1=0.2
M98H11O（第一刀铣基准A面留0.2余量）
#1=0
M98H110（第二刀铣基准A面铣0.2）
#1=-342
#8=-90
#9=-342—68.5
M98h120（铣总长左端面）
G90g0X0Y0
G51.1X0（镜像H120）
#1=-342
#8=180
#9=-324—68.5
M98H120（铣总长右端面）
XG50.1X0
#1=--35.73
#8=-25
M98H130（铣左斜面）
G51.1X0（镜像H130）
#1=-35.73
#8=50
M98H130（铣右斜面）
G50.1X0
G0Z150M5
M30
M6T2
G90G54X0Y0B0
G43Z4H2M8
M3S1000
#1=-60
M78H210
G0Z150
G28Y0
M30
H110（铣基准面子程序）
G90G0X-94.5Y-66.989
Z2
G01Z#1F450
X87.5F450
Y-59.5538
X-87.5
Y-52.1096
X87.5
Y-44.6653
X-87.5
Y-37.2211
X87.5
Y-29.7769
X-87.5
Y-22.3327
X87.5
Y-14.8884
X-87.5
Y-7.4442
X87.5
YO
X-87.5
Y7.4442
X87.5
Y14.8884
X-87.5
Y22.3327
X87.5
Y29.7769
X-87.5
Y37.2211
X87.5
Y44.6653
X-87.5
Y52.1096
X87.5
Y59.5538
X-87.5
Y66.998
X87.5
Y94.5
G00Z4
H120（铣总长度173两端面子程序）
G90G00X334.0001Y-76B#8
Z-34O
G01Z#1F15.04
441.4791F45O
Y-69.6649
X341.0001
Y-62.3317
X4414791
Y-54.9986
X341.0001
Y-47.6654
X441.4791
Y-40.3323
X341.0001
Y-32.9991
X441.4791
Y-25.666.
X341.0001
Y-18.3329
X441.4791
Y-10.9997
X341.0001
Y-3.6666
X441.4791
Y3.6666
X341.0001
Y10.9997
X441.4791
Y18.3329
X341.0001
Y25.666
X441.4791
Y32.9991
X341.0001
Y40.3323
X4
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