连接器接触件铣槽加工探讨

刘相义

（贵州航天电器股份有限公司，贵州贵阳，550009）

1 前言

接触件刚性插孔的开槽加工工艺一般情况下有三种加工方式，冲槽、铣槽和线切割割槽，冲槽是采用设计冲制模具进行冲床加工，加工特点是速度快，但槽根部有毛刺甚至有轻微开裂现象；线切割割槽主要采用线切割机床进行电加工，线切割割槽装夹精度不高，割槽后经常出现开口偏斜、不均匀、硬边毛刺、槽口腐蚀以及粗糙度差等问题，批次间由于放电参数或间隙不一，会出现同一零件，不同批次间的粗糙度，尺寸一致性差。线切割零件质量状态如图1所示。从图中可以明显观察到粗糙度不好，有腐蚀坑等。

图1 线切割割槽质量状态

最好的开槽方式是铣槽加工，国外先进的加工技术已经实现数控车铣复合一体化加工成形，生产成本较低，质量水平较高。在瑞士特纳斯数控纵切加工中心上，可以实现高速铣槽、去毛刺、缩口的一体化加工，铣槽质量较好，不需要进一步手工去除毛刺，加工效率高。

目前，国内通常的槽加工方法是采用锯片铣刀开槽，随着刀具技术和设备技术的发展，开槽宽度逐渐减小到0.15mm、0.10mm甚至更窄，采用锯片铣刀开槽，铣床采用高速铣削方式，转速达到12000r／min以上，实现高速铣槽加工，对于对称结构的2槽、4槽加工工艺、毛刺的控制、刀具的要求等工艺发展已经趋于成熟。图2为铣槽加工质量状态图，从图中可以看出，零件槽表面光洁，状态优良，质量明显优于线切割割槽状态。

图2 铣槽质量状态

本文将针对铣槽加工进行分析探讨。

2 铣削加工理论分析

连接器铣槽加工属于铣削加工，选用锯片铣刀进行铣削成形，此种铣削方式属于圆周铣削。圆周铣削（简称周铣）可看作端铣的一种特殊情况，即主偏角Kr＝90°。用立铣刀铣沟槽时是对称铣的特殊情况，用圆柱铣刀加工平面时，是不对称铣的特殊情况。如图3所示，圆周铣削分为逆铣和顺铣两种铣削方式。［1］

图3 铣削加工方式原理图

1）逆铣分析

逆铣时，刀齿开始时接触工件及以后的一段距离内不能切下切屑，而是刀齿的刃口钝圆部分对被切削金属层的挤压、滑擦和啃刮。这一挤压、滑擦现象是发生在前一刀齿所形成的硬化层内，使得逆铣的这一缺点更加突出，致使刀具磨损加剧，易产生周期性振动，工件已加工表面粗糙度值增大。

逆铣时前刀面受切削层的作用力，在垂直方向的分力Fv是向上的。这个向上的分力有把工件从夹具内拉出的倾向。特别是开始铣削一端，如图4所示。开始吃刀时若工件夹紧不牢会使工件翻转发生事故。为防止事故发生，一是要注意工件夹紧牢靠；二是开始吃刀时可采取先低速进给，待进给一段后再按正常速度进给。［2］

图4 逆铣受力分析图

2）顺铣分析

顺铣时，铣刀齿切入工件时的切削厚度最大，随后逐渐减小。避免了逆铣切入时的挤压、滑擦和啃刮现象。而且刀齿的切削距离较短，铣刀磨损较小，寿命可比逆铣时高2到3倍，已加工表面质量也较好。特别是铣削硬化趋势强的难加工材料时效果更明显。顺铣受力分析和逆铣正好相反，前刀面作用于切削层的垂直分力Fv始终向下，因而整个铣刀作用于工件的垂直分力较大，将工件压紧在夹具上，安全可靠。

采用顺铣时，必须消除进给机构的间隙，避免爬行现象。采用顺铣的第二个限制条件是工件待加工表面无硬皮，否则刀齿易崩刃损坏。［3］

3 连接器接触件铣槽分析

连接器接触件插孔开槽以XX系列为例，主要宽度如表1所示，其中宽为0.2mm的零件最为常见，如XX通用件的＃22，＃20等插孔都是开槽零件，年生产几十万只。

表1 刚性插孔开槽规格

典型结构如图5所示，分析可知，接触件槽从中间开制，槽宽一般在0.18到0.5之间，槽尺寸公差在0.06左右，槽深在3mm左右，要求槽在零件中心，对称度保证在0.05以下。槽不允许偏斜，槽内、槽外均不允许有毛刺。

图5 接触件插孔典型结构

零件材料一般以QSn和QBe为最多，此类接触件为钢性针连接器关键重要件，加工难度大，在保证槽宽的情况下，需要保证其对称度，槽内外不允许有毛刺，铣加工毛刺去除难度比较大。

4 铣槽设备建设

通过复查的研究分析，设计铣槽加工方案，公司定制了专用自动化高速铣槽设备，如图6所示，此设备为自动铣槽，附带收口及插拔力检测功能，本次主要讨论铣槽功能，设备模块主要有上料模块、定位装夹模块、铣削模块、通孔去刺模块以及收口及插拔力检测模块。操作员将装好产品的针板放入针板上料机构，设备可按设定的参数自动循环加工，加工完成的成品自动收集落入成品料盒。当针板产品缺少时，设备自动报警，操作员即可更换下一个装好产品的针板继续加工，为提高设备运行效率，产品上料和铣槽同时进行。

图6

此设备多用于接触件钢性针孔铣槽，铣槽效率高，加工零件质量稳定，在加工前需要配置各类夹持块及上料板，装料时采用人工装料，一次可上料450件，比较适合中、小批量生产，大批量生产时需要配置自动上料装置。

5 铣槽加工探讨

1）铣削方式

从上述理论分析可知，铣削加工方式主要有二种方式，一种为逆铣，一种为顺铣，如选用逆铣的加工方式，零件啃刮、挤压现象严重。表面粗糙度值增大，零件毛刺大，为了提高刀具使用寿命及铣削表面质量，降低表面粗糙度值，达到铣槽质量要求，减少铣削毛刺，选用顺铣方式加工比较适合接触件铣槽，加工时受力和逆铣受力相反，受力向下，切削余量小，刀具磨损小。

2）加工刀具探讨

从零件结构分析可知，接触件槽尺寸为0.18到0.5的直槽，加工时选用锯片铣刀，锯片铣刀加工时，对于每个刀齿来说，都是断续切削，都有切入和切出过程，切入和切出冲击对于高速钢刀具的影响较小，对于硬质合金等强度较低的脆性材料影响较大。但为了提高刀具的耐磨性能以及使用寿命，需选用硬质合金刀具，二者兼顾的情况下，应尽量选用足够多的齿来分解冲击力对刀具的影响，理论上，锯片刀具齿数应选用100齿以上，提高零件表面粗糙度以及刀具寿命。

3）高速铣槽探讨

普通铣削加工采用低进给速度和大的切削参数，而高速铣削加工采用高进给速度和小的切削参数。理论上，转速越高，进给和吃刀量均可相应的选择越小，切削力就会越小，这样明显有利于铣削毛刺控制，提高铣削表面质量。自动化铣槽设备最高转速达到了4万转，适用于高速加工要求。

德国切削物理学家CarlSalomom在1929年做了大量的高速切削实验，认为工件材料都有一个临界切削速度，当以这个临界速度加工零件时，切削温度最高，当超过这个速度时，温度就会除低，表2列出了几种材料的高速加工速度，［4］如表所示，接触件零件为铜合金材料，当加工线速度达到或超过1000m／min时，加工切削温度得到明显降低，切削力将会变小并趋于稳定状态。

表2 常用材料高速切削速度对比表

自动化铣槽设备铣槽加工选用刀片直径为φ35，线速度为Vc＝π×d×n，理论上，加工线速度需达到1000m／min。转速按下列公式计算：

因此，铣槽加工选择转速应大于9099r／min，才能满足高速加工要求。

6 加工验证

6.1 加工参数验证

新购置自动化铣槽非标设备铣槽有二次进给功能，槽加工到位后允许延时加工，按上述理论分析，转速至少需要达到9090r／min才能满足高速加工要求，故确定加工参数按表3进行，为了兼顾零件加工效率及零件加工质量，转速按12000～18000r／min，进给量和切削深度参数按二次进给进行设置，二次加工完成后，利用设备延时功能，加工后延时0.5-1S，延时加工有利于零件毛刺处理及提高表面质量。

表3 加工参数表

按表3工艺参数，配合上述研究的锯片刀具以及顺铣加工方式，进行零件加工验证，批产了10个批次以上零件，零件表面质量好，尺寸精度得到很好的保证，满足了零件性能要求。但在验证加工过程还是出现了一些问题，经过研究分析得到了很好的解决。

6.2 生产验证问题

1）零件孔内槽毛刺，孔内毛刺如图7所示，孔内毛刺主要为片状，毛刺经高速铣削后，不能脱落，成片状并挂在槽底部孔内，槽内孔边毛刺很小，肉眼无法看出，在显微镜下才能发现。

图7

2）零件加工后，进刀面毛刺翻到内孔，出刀面毛刺翻到插孔外圆，如图8所示，毛刺仍然为片状，挂在零件外圆上，出刀面槽外圆有轻微毛刺。

图8

6.3 解决措施

1）内孔毛刺处理，在加工时增加内孔铰孔通孔轴机构，如图9所示，铰孔通孔时，使用麻花钻刀具，钻头尺寸小于孔径尺寸0.05到0.1范围内，这样既可将毛刺有效去除，又可避免铰伤内孔。

图9

2）外圆毛刺处理，在铰孔轴钻头位置增加下挡块，挡块到零件外圆间隙保证在0.03到0.05之间，当零件外圆产生毛刺时，毛刺会被挡块挡掉去除。

3）铣刀片改进，将铣刀片上开三个均布的缺口，如图10，增加三个缺口后，理论上增加了铣槽时进刀冲击力，增加了锯齿容屑能力，实践证明，能有效的控制毛刺和提高槽表面质量。

图10 改进后锯片铣刀

6 结论

本文通过对铣削加工理论分析，使用高速自动化铣槽加工非标设备进行铣槽，采用顺铣加工，选用合理的工艺参数及刀具，解决了接触件开槽出现的表面质量以及毛刺等问题，铣槽加工效率高，零件质量稳定，满足了产品性能要求。