铝合金薄壁零件数控加工夹具及相关问题研究

（甘肃机电职业技术学院，甘肃 天水 741001）

与传统机械加工工艺相比，数控加工优势更加突出，其不仅具有自动化程度高、加工精度高以及劳动强度低等方面的加工优势，同时其还可实现对复杂曲面零件的高质量加工，应用优势较为突出。在铝合金薄壁零件加工中应用数控加工技术，会达到理想化零部件加工模式。为实现最优化铝合金薄壁零件数控加工效果，对铝合金薄壁零件数控加工夹具相关内容展开研究显得极为必要。在正式展开研究之前，首先应对铝合金材料性能与工艺特点展开分析。

1 铝合金材料工艺特点与性能

铝合金材料在工业生产中应用较为广泛，属于有色金属结构材料范畴。材料性能、工艺特点主要体现在以下几点：①柔韧性。铝合金材料有着较为明显的粘附性强、塑性好以及韧性理想等方面的优势，在切削时不容易发生分离问题，但却容易粘附在刀刃上，进而生成刀瘤；②钢性。通常薄壁件都存在着钢性较差的问题，在加工时很容易便会发生变形状况；③膨胀性。由于铝的线膨胀系数要远远大于钢的线膨胀系数，所以在进行切削时很容易会产生热变形过大的状况；④硬度。铝合金材料一般都存在着硬度偏低的问题，在进行加工时很容易会出现划伤以及表面粗糙度不达标等状况，但因为铝合金比强度相对较高，所以其在航空产品中有着广泛运用。

2 数控加工夹具

2.1 概况

夹具是数控机床用于引导刀具、装夹工件的装置，是为某工件的某道工序所设计的夹具，主要由定位元件、夹紧装置、引导元件、对刀元件、连接元件以及夹具体和其他元件、装置所组成[1]。按照结构特点、专门化程度，夹具可以分为可调夹具、通用夹具、专用夹具以及组合夹具等几种，具有操作便捷、迅速、省力等方面的优势，能够为高精度、高效率生产提供可靠保障，但其同时也存在着制造成本高以及加工周期长等方面的特征[2]。同时，由于在产品发生变更时，夹具使用会受到直接限制，所以其多用于大批量产品生产之中。

2.2 应用作用

在进行数控加工时，夹具具有以下几项作用：①保证工件加工精度。在夹具作用下，加工件不会因为加工人员技术水平而受到影响，一批次工件加工精度差异可以被控制在最小；②压缩辅助工时，保证生产效率。运用夹具并不需要对工件实施划线找正处理，能够切实减少辅助工时，且在装夹之后，工件刚性也会得到显著提升，切削用量会得到有效提高；③机床使用范围会得到切实拓展，会按照加工机床成形运动在机床上附以不同类型夹具，机床会突破原有工艺范围，得到更加广泛的运用；④降低加工成本。因为在使用夹具后，产品生产质量会趋于稳定状态，废品生产率会出现明显下降的趋势，所以可安排较低等级工人对机床进行操作，可达到有效降低生产成本的目标；⑤减轻人员劳动强度。夹具操作较为方便，可通过对液压以及气动等夹紧装置的运用，实现切实降低工人劳动强度的效果。

3 铝合金薄壁零件数控加工夹具与相关问题

3.1 工程实例

为满足公司生产需要，某公司加大了对批量接线盒薄壁零件的研究力度，而本文在此也将以接线盒薄壁零件为例，按照加工时装夹定位要求，展开专用夹具设计，并会按照使用实际情况，对夹具设计展开优化与改良。运用此夹具装夹工件实施产品加工过程中，可实现有效提升工件定位时间与工件装夹效率的目标，能够达到良好的加工精度与加工效率，工件批量生产价值会得到显著提高。

3.2 加工方案

本次生产接线盒产品是电脑重要配件，属于铝合金材料。产品预计月产超过20万件，属于大批量生产产品，单个产品壁厚在0.5mm，是典型的精密五金制品。按照产品生产目标，在实施产品加工时需要满足以下几项技术要求：①零件底面不可进行工具修饰，尤其是砂布、锉刀修饰；②表面不能出现明显的气孔、划痕等损伤；③没有注明形状的公差需要符合IT8要求；④产品底面要和其他物体相粘结。

加工思考：由于本次加工产品为薄壁铝合金零件，如果采用切削加工手段进行材料处理，会造成较大的材料浪费，所以并不建议使用此种处理方式。通过对零件图的分析可以发现，该产品外形粗糙度底面可通过切削手段对底面粗糙度进行保证，而其他面需要运用不去除材料手段获取，除底面外，其他面均较为光洁。因此在进行零件加工时，需要运用两种手段对零件实施加工。在具体加工时，需要先运用压铸方式对产品展开处理，将其铸造成壁厚为0.5mm的半成品，同时需要运用数控铣手段对地面展开铣削加工处理，在尺寸合格后便可停止施工。

3.3 加工难点

在对加工方案确定之后，加工部门对加工特点展开了详细分析，并与客户一起就具体加工适宜以及加工标准展开了分析。本次产品外形铸造所用磨具是由客户负责提供的，笔者所在公司主要负责地面铣削加工，其他部分施工由铸造厂代为进行。虽然本次加工较为单一，但因为产品薄壁特征影响，整体施工仍然存在着较大难度，像在进行压铸时容易出现飞边问题，或者零件周边表面条件相对有限，会直接增加后期加工定位难度等问题，都会使机床加工定位装夹变得异常困难。

按照零件特点与形状，在进行此种零件加工时，一方面要保证定位装夹准确性以及效率，要通过对刀具资源的充分运用，有效控制刀具资源消耗，确保工件振动对刀具、工件的影响可以被控制到最低；另一方面需要保证夹具简单性以及便捷性，要在按照生产要求对其展开专项设计的同时，保证夹具通用型与使用长久性，以防出现反复更换的状况[4]。本次所用夹具定位装置共设置10个工位，在进行加工时，会运用相互配合手段对工件毛坯件加工位置进行确定。

3.4 夹具优化设计

（1）夹具应用问题。在经过一段时间生产实践后发现，此夹具在应用时还存在着一定问题：第一，装夹时间相对较长，人员需要消耗大量实践进行按压与安装，且每人4套夹具也很难满足具体加工需要；第二，定位存在问题，工件在加工过程中容易出现底部壁厚不达标，甚至是穿底问题，会对工件加工精度形成影响；第三，加工效率不理想，底座体积较为笨重，人员需要花费大量精力实施夹具取放，会对生产效率形成影响；第四，由于夹具、工件属于过渡配合模式，需要一定力度才可完成取放，在进行加工过程中可能会因为切削力或其他受力影响，而使个别工件出现与夹具连接过于紧密的状况，会对工件拿取造成阻碍[5]。

（2）夹具优化设计。针对夹具使用所存在的问题，提出以下几点优化建议：①为避免出现装夹定位不准以及耗时问题，公司决定展开气动辅助加紧装置设计，以对装夹操作形成辅助，确保所有工件定位准确程度；②为改变过于厚重的底座，决定将底座制作成分成结构，并会按照独立棱柱形式对机床夹具、工件夹具连接部分展开设计，整套夹具由底座、上层定位板以及下层定位板所组成；③因为考虑到机床装夹需要依靠人工完成相应操作任务，所以需要将人工操作方面因素考虑到其中，不可过度追求一次装夹工件生产量，需要做好人员工作量承受能力分析，保证任务量安排合理性，防止出现人员工作负担过重的问题，应做好底座结构以及夹具尺寸调整，将每层产量控制为8个，实现两层同时加工模式，确保工件加工每次产量可以达到16个；④因为在加工过程中可能会出现个别工件和定位端进行连接的状况，会直接增加徒手取件难度，所以需要做好工件加紧力度、体积大小调整，应在加工定位板过程中需要高度、宽度尺寸把控，确保其各项尺寸能够小于工件内腔尺寸。同时需要在工件定位端内侧设置小孔，以在工件套在工位时，对其施加外推力，从而实现对取件难问题的有效处理，一般建议将小孔设置为φ8mm尺寸[6]。

3.5 数控加工程序编制

事实上，数控铣床加工复杂程度相对较低，不仅可通过对相应软件的运用完成编制任务，也可通过手动编程手段，在车间现场展开调试。由于工件一般会被固定在平口钳位置，需对两侧实施全面加工，切削量相对较小，所以需要保证走刀加工一次性以及加工质量。按照加工要求，本次加工选择φ12mm的平底合金铣刀，并将进给速度控制在2500mm/min左右[7]。在进行铣削时，刀具只需要对前后侧面工件底部进行处理即可。在对刀具走刀路径进行设计过程中，需要按照轮廓对刀具外形走刀展开分析，进而达到对工件地面实施铣削处理的目标。

4 结语

本文所介绍专用夹具、辅助装置投入成本相对较低，且存在着装置结构简单的特点。每台机床都配备1套装夹辅助装置、6套专用夹具，在开机之前，需要做好夹具安装。在进行加工时，夹具可轮换进行使用，并不需要投入大量实践与精力，数控设备使用量会得到有效控制，企业效益也会得到大幅度提升。由于加工对象以及加工条件等方面差异的影响，本文所介绍夹具设计、使用方式未必适合所有机床，所以单位需要按照具体情况有针对性展开夹具设计与数控加工程序编制，进而达到最优化加工生产模式。