基于波导盖板类零件精密加工变形的研究

廖妍　姚栋

摘要：采用理论分析和实践结合的方法，建立波导盖板类零件的加工变形的模型，推导出铣削台阶时的挠度理论解析公式。并且对实际结果和理论计算进行比较，证明理论解析的模型的正确性。同时，对进一步研究波导盖板类精密零件加工提供可靠依据。

关键词：薄壁；夹具设计；挠度计算；加工变形

1 概述

波导盖板系列零件是某产品结构件的重要组成部分，零件材料为铝板2A12 T4，厚度0.8mm，零件虽结构简单，但尺寸精度要求较高，加工难度较大。本文所有分析以1类波导盖板1为例，零件部分尺寸如下图1所示：

2 工艺路线

波导盖板类零件采用0.8mm厚的铝板，材料表面为不加工表面，整个零件仅宽度尺寸24.97 （0.020.05.）㎜和深度尺寸0.5（+0.030）mm为精度要求高尺寸。但是由于零件尺寸较小，并且定位面为非加工表面，如果零件装夹定位不可靠，就会造成零件尺寸超差，满足不了设计要求。从精度及结构分析，外形采用线切割加工，不但效率高（多件加工），而且毛刺小，去毛刺容易，避免了去毛刺时零件的折弯变形。因此，在工艺路线安排时，先采用线切割加工外形，再数铣精加工精密尺寸，工艺路线安排如下：

下料——→线切割——→数控铣——→钳——→检验——→镀金

3 前期加工问题

31 宽度尺寸24.97 -0.02-005.mm超差

检测时发现部分零件宽度尺寸24.97 （-0020.05.）mm超差，具体表现为构成此尺寸的7.8宽的短面与17.45长面的平行度不好，24.97尺寸呈现一头大，一头小的现象。

32 深度尺寸0.5+0.030mm超差

深度尺寸0.5+0.030mm在测量中发现，部分零件尺寸偏大，即深度偏深，且从10种不同波导盖板看，从5类到1类，超差数量逐渐增大，超差值也在增大，即5类波导盖板深度尺寸超差数量最少，超差值最小，1类波导盖板超差数量最多，超差值也最大。

4 原因分析

41 宽度尺寸24.97 0.020.05.mm超差原因分析

以1类波导盖板1和2为例，零件加工时一次加工两种零件，使用压板压紧。在装夹过程中是使用内六角螺钉预紧，但是由于没有限制零件的转动的自由度，使螺釘在拧紧的过程中由于扭矩作用造成零件有小程度的旋转，致使宽度尺寸超差。

42 厚度尺寸0.5+0.030mm超差原因分析

深度尺寸0.5+0.030mm在测量中总是偏上差，经对加工工装和零件特性分析发现零件在加工过程中，由于压板的长度尺寸不可调节，造成数铣加工凹台部位在加工中受到铣刀的牵引力导致未压紧部位未能贴紧工装基准面被抬起，最终致使凹台深度尺寸偏上差甚至超出公差范围。

根据零件凹台尺寸超差原因分析，对零件数铣加工过程进行受力分析计算，具体数据如下所示：

查阅[参考文献]得知铣削时切削力的计算公式为

P=CP·t0.86·SZ0.72·D0.85·B·Z（1）

其中CP为切削系数查表得为CP=17，

B为切深即B=0.5mm，

SZ为刀具每齿走刀量SZ=Vf/n*N（n为转速，Vf为进给速度，N为齿数），

D为铣刀直径D=5mm，

t为切削宽度t=1mm。

代入数值得：

P=17·10.86·0.030.72·50.85·0.5·3（2）

由于加工时刀具切削刃有螺旋角故上试求得的力实际为加工时所受到的合力，即实际情况下刀具受力如图所示：

考虑到加工时刀具对工件会有一个与Fz相反的力，会对工件有向上的作用力即-FZ=-1/2P（3）

根据理论力学，悬臂梁挠度方程可得：

W（x）=Px2/6EIy·（3Lx）（4）

P为受力的大小，

E为材料的弹性模量，

Iy为惯性矩，

X为刀具中心距离压紧点的距离取10mm

代入数值可得

W（x）=0.000036m

即W（x）=0.036mm

根据上述计算可知，当加工长度尺寸最大的1类波导盖板1时，由于压紧点不可调节，造成零件的挠度值达到零件厚度尺寸的极限，使尺寸保证困难。同理推算可得，在加工其余9种不同长度的波导盖板零件时，都会产生不同的挠度值，致使零件存在尺寸不同程度的尺寸超差风险，当X值越大，挠度值W（x）越大，超差数量越多。

5 解决措施

5.1增加限位挡板，可靠定位

针对宽度尺寸24.97 （0.020.05.）mm尺寸超差，是因为零件在扭矩的作用下发生转动，所以在工装的四周设计四个小挡板，在压紧压板之前，先使用挡板限制零件沿螺钉方向的转动，防止在压紧压板同时零件发生位移。零件加工安装示意图如下图所示，由于挡板的作用，可靠地保证了零件在压紧螺钉和数铣加工中的零件宽度尺寸。

5.2改变压板形状，可靠压紧

针对厚度尺寸0.5（+0.030）mm超差，在后期加工中改进加工工装，将压板设计成可以调节压紧位置的L型压板，满足10种不同尺寸规格的波导盖板，在数铣加工中，使刀具在铣削过程中不会被刀具抬起，可靠保证零件的凹台尺寸要求。

6 结语

通过对波导盖板加工中出现的情况进行深入细致的分析，和改进加工工装，选择合理切削参数完成了该零件的加工任务，保证了设计要求。并且通过工装压板的优化，缩短了零件加工周期，节约了成本，提高了零件装配质量。

参考文献：

[1]张昱，廖宝梁，秦贞坤，张茹.薄壁零件高速铣削加工变形模型及变形规律研究[J].工具技术，2017.

[2]哈尔滨工业大学《金属切削知识》改编小组编，科学出版社，19782.

[3]于忠德.薄壁零件数控加工工艺质量改进方法[J].时代农机，2017.

[4]何彦虎.易变形薄壁零件的数控铣床夹具设计与静动态分析[J].机械研究与应用，2017.

[5]李丹，孙会来，赵方方. 7075航空铝合金铣削力模型试验[J].工具技术.