激光切割结合卯榫定位的加工技术研究

（河北省石家庄市93469部队，河北 石家庄，050070）

激光切割结合卯榫定位的加工技术研究

张胜军 张志斌 苏红彬 王 东

（河北省石家庄市93469部队，河北 石家庄，050070）

目前，机械类的航空地面保障装备的整体结构大多是用钢管、槽钢等型材加工、焊接而成，由于型材结构件的局限，导致生产加工精度不易控制，尤其二次加工余地很小，而且生产加工出的产品重量很重。本文提出的采用板材激光切割结合卯榫定位的地面保障装备加工技术，具有工艺简单、结构合理、加工质量高的特点，在实际应用中取得了很好的效果。

板材；激光切割；卯榫定位；地面保障设备

目前航空地面保障装备尤其是机械类保障设备的结构大多采用钢管、槽钢等型材加工、焊接而成，而板材的应用较少，多以连接板、加强角板等结构形式出现。在实际工作中，通过实践摸索出了一种采用板材激光切割结合卯榫结构定位的地面保障装备加工技术，具有结构合理、工艺简单、加工质量高的特点。

1 激光板材切割的特点

激光切割作为无接触热切割技术和其他传统金属切割技术相比，有以下特点：

1）精确度高。由于激光光斑小，切割口细窄，切缝两边平行且与表面垂直，所以切割零件的轮廓尺寸误差小，可达到0.1-0.5mm，一般孔中心距误差为0.1-0.4mm。

2）切割质量好。由于激光切割光点小，能量集中，热影响区小，同时激光束对工件不施加任何力，加工后的工件不会产生无热变形和机械变形。

3）切口表面光滑。激光切割后的表面无毛刺，粗糙度Ra一般为12.5-25um，零件加工后，一般不需再进行二次加工，可直接用于生产。

4）切割效果相同。同一批次的零件加工效果几乎完全一致，利于零件的后期装配。

5）切割速度快。例如，2kW激光功率，8mm厚的碳钢板的切割速度为1.6m/min，2mm厚的不锈钢板的切割速度为3.5m/min。

6）加工适应性好。激光切割仿形能力强，切割形状不受限制，对大尺寸零件的加工优势明显。

7）经济性高。激光切割采用计算机编程，可以把不同形状的零件进行套裁，提高材料的利用率的同时大大降低了成本。

2 卯榫结构在板材焊接过程中的应用

单件板材作为结构承力件，在抗弯、抗扭以及抗压方面的性能远低于角钢、槽钢、圆管等型材，多件板材通过焊接组装、形成一定的结构形式，则可以大大提高其抗弯、抗扭以及抗压能力。但是板材之间的焊接主要存在定位精度不好控制和焊接过程中的容易出现热变形的问题。

在实际工作中通过各种尝试，发现采用卯榫结构可以巧妙地解决板材焊接存在的定位精度控制问题和焊接过程中的热变形问题。简单地说就是，在需焊接的板材件上预先切割出用于定位装配的榫头和榫槽，这些榫头和榫槽的位置、尺寸精度很容易控制，将榫头和榫槽连接装配好之后再进行焊接就可以有效地解决板材焊接存在的定位精度控制问题和焊接过程中的热变形问题。

图1 型材件示意图

图2 板材构件示意图

表1 两种结构各种参数的对比

3 激光切割结合卯榫结构的板材加工技术的优点

通过采用辅助计算机制图软件优化结构布局，可以设计出具有足够承载力的板材结构形状，同时能有效减少零件的数量，利于产品的模块化生产，有效缩短生产周期。

由于激光对板材的切割具有极高的加工精度和较强的仿形能力，各零件的装配孔、工艺孔都可一次性加工到位，且不受零件形状的限制，在简化加工工艺的同时，有效保证了产品的质量和维修性。

板材经激光切割后借助卯榫结构即可实现零件的定位，又能满足装配需求，即减少了辅助工装的制造成本，又缩短了生产周期，特别适合小批量设备的制作。

4 应用实例

实际工作中，某部队现用某机型保障用托架，以其中一部分结构举例说明，图1所示为部队现用某机型保障用托架的部分结构示意图。该结构大部分采用型材焊接加工而成，所需的型材有φ40mm×3mm的无缝钢管、φ25mm×2mm的无缝钢管、5号槽钢和5mm厚的钢板。图2采用激光切割结合卯榫结构的板材加工技术将型材结构改造成板材结构，所有板材均采用5mm的钢板。

两种结构各种参数的对比见表1。采用型材加工需要各种零件共8种23件，需要车、铣、钳、焊4个工种合计8个工时完成加工生产，总重量9.6kg。采用板材结构后，零件一共有4种9件，总零件数减少60%，需要激光切割、焊2个工种合计1个工时即可完成加工生产，所需工种数减少50%，加工工时数减少80%，总重量9.1kg，降低了5.2%。

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[1]叶建斌, 戴春祥.激光切割技术[M].上海：上海科学技术出版社, 2012.

[2]郭希孟, 明清家具鉴赏：榫卯之美[M].北京：中国林业出版社, 2014.

张胜军（1973年—），男，河北临城人，高工，主要研究方向为航空维修工程。