双面零件的数控加工工艺设计及实现

高晓芳 ， 王 斌

（1.山西机电职业技术学院，山西 长治 046011；2.山西航天清华装备有限责任公司，山西 长治 046011）

使用三坐标数控铣床加工双面零件时，需结合零件加工的内容及零件的结构特点，选择合理的装夹方式，尽可能缩短装夹时间及对刀时间，以提升双面零件的加工效率及加工精度[1-3]。

1 典型双面零件的工艺分析

典型双面零件的零件图如图1所示，其外形尺寸为78 mm×78 mm×18 mm，材料为铝。零件的顶面主要由外形轮廓、凹槽及4×Φ8的盲孔组成。其中，外轮廓主要由首尾相切的圆弧组成。由图纸可知，外形轮廓尺寸精度要求不高，但深度方向尺寸精度要求比较高，且外轮廓侧面的表面粗糙度要求为Ra3.2。内轮廓为两层轮廓，其中一层由圆弧和直线组成，另一层为整圆，其尺寸精度要求不高，无表面粗糙度要求及形位公差要求。孔的加工精度要求不高，顶面和底面有平行度要求。该零件为批量生产，在加工过程中，在满足加工精度的前提下需提高加工效率[4]。拟采用平口钳进行装夹，需解决零件顶面及底面加工优先次序的选择、装夹高度及翻面加工定位基准的找正等技术问题[5]。

2 加工方案设计

工件毛坯尺寸为80 mm×80 mm×20 mm，单边余量为1 mm。如图1所示，顶面有凸台且高度为5

图1 双面零件图

mm，如若先加工顶面，则加工底面时需夹住凸台外轮廓，而凸台外形轮廓为不规则零件，不方便装夹。而如若夹住零件的78 mm×78 mm外形轮廓加工零件，那么外形轮廓将有接刀痕。经过分析，先加工底面，翻面后加工顶面，避免产生接刀痕，且夹持表面为两平行平面，可以保证夹具能牢固夹住工件，在切削过程中避免受切削力的影响改变原来的位置[6]。故零件的拟加工方案为，首先夹住6 mm的毛坯面，加工底面，翻面后夹住底面的外形轮廓，加工顶面的外形轮廓、内槽及孔。为了提高零件的加工效率，可在工作台装夹两个平口钳，分别进行零件的顶面及底面的加工[7]。

3 底面的装夹及加工

3.1 底面零件的装夹

使用事先准备好的钳口如图2所示，钳口台阶高为5 mm。留出78 mm×78 mm的侧壁高度及毛坯表面加工余量，夹住5 mm的毛坯表面。装夹时将毛坯靠近平口钳一侧，方便对刀。装夹时用铜棒轻敲工件，使毛坯与平口钳定位面贴紧。X轴可对至钳口一侧，向中心偏移（左侧）40 mm；Y轴可对至定钳口，向中心偏移40 mm；Z轴为毛坯上表面向下偏移5 mm。将X、Y、Z三个坐标的对刀值放置在坐标系1中，由于是批量生产，毛坯位置相对固定，可按设置工件坐标原点加工零件[8]。

图2 底面加工装夹示意图

3.2 底面零件的加工

1）底面表面加工。底面表面加工，采用Φ12的立铣刀加工，去除表面0.5 mm的余量，刀路采用往复加工，主轴转速为4 000 r/min，进给为1 000 mm/min，行距为刀具直径的60%，加工刀路如图3（a）所示。

2）底面轮廓的粗精加工。底面轮廓的粗加工，同样采用Φ12的立铣刀加工，留0.2 mm的加工余量，铣削的侧壁余量为0.8 mm，高度为14 mm，采用分层加工去除余量，主轴转速为4 000 r/min，进给为1 000 mm/min，加工结果如图3（b）所示。底面轮廓的精加工，为了保证零件的加工精度，更换一把Φ12的立铣刀加工，加工余量为0，铣削的侧壁余量为0.2 mm，高度为14 mm，主轴转速为4 500 r/min，进给为600 mm/min，加工结果如图3（c）所示。

图3 底面零件加工刀路

4 顶面的装夹及加工

4.1 顶面的装夹

顶面的加工项外形轮廓高度为5 mm，因此高出钳口6 mm装夹即可。使用如图4所示的钳口，钳口台阶高为11 mm。顶面与底面的平行度公差为0.05 mm。装夹中，用铜棒轻敲工件表面，使底面与平口钳定位面贴紧。装夹时使用万向定位器X定位方向。加工时可先铣去毛坯一侧的余量，露出下面已加工的侧面。X轴可对至铣削后的侧壁，向中心偏移（左侧）40 mm；Y轴对至定钳口，向中心偏移40 mm；Z轴为毛坯上表面向下偏移2.5 mm。将X、Y、Z三个坐标的对刀值放置在坐标系2中，由于工件位置相对固定，可按设置工件坐标原点加工剩余部分[9]。

图4 顶面加工装夹示意图

4.2 顶面的加工

1）顶面表面的粗精加工。顶面表面的粗加工，采用Φ12的立铣刀加工，去除表面1.3 mm的余量，刀路采用往复加工，主轴转速为4 000 r/min，进给为2 000 mm/min，行距为刀具直径的60%。顶面表面的精加工，去除表面0.2 mm的余量，刀路采用往复加工，主轴转速为4 000 r/min，进给为1 000 mm/min，行距为刀具直径的60%，加工刀轨如图5所示。

图5 顶面表面加工

2）顶面外轮廓的粗精加工。顶面外轮廓的粗加工，采用Φ12的立铣刀加工，去除底面和侧壁都为0.2 mm的余量，刀路采用跟随部件的方法，主轴转速为4 000 r/min，进给为2 000 mm/min，行距为2 mm，加工刀轨如图6（a）所示。顶面外轮廓的精加工，去除底面0.2 mm的余量，刀路采用跟随周边的方法，主轴转速为5 000 r/min，进给为800 mm/min，行距为刀具直径的50%，加工刀轨如图6（b）所示。顶面外轮廓侧壁的精加工，去除侧壁0.2 mm的余量，刀路采用轮廓的加工方法，主轴转速为5 000 r/min，进给为1 000 mm/min，加工刀轨如图6（c）所示。

图6 顶面外轮廓粗精加工刀路

3）顶面内轮廓的粗精加工。顶面Φ14圆内轮廓的粗加工，用Φ8的立铣刀加工，留底面和侧壁0.2 mm的余量，刀路采用螺旋铣削的方式，主轴转速为1 000 r/min，进给为500 mm/min，螺旋角为1°，加工刀轨如图7（a）所示。顶面Φ14圆内轮廓的精加工，去除0.2 mm的余量，刀路采用螺旋下刀的方式铣削底面和侧壁，主轴转速为2 000 r/min，进给为500 mm/min，螺旋角度为2°，加工刀轨如图7（b）所示。4×R7内轮廓的粗加工，用Φ12的立铣刀加工，留底面和侧壁0.2 mm的余量，刀路采用沿轮廓形状螺旋下刀的加工方法，主轴转速为3 000 r/min，进给为1 500 mm/min，加工刀轨如图7（c）所示。4×R7内轮廓的精加工，去除底面和侧壁0.2 mm的余量，刀路采用沿轮廓铣削的加工方法，主轴转速为4 000 r/min，进给为800 mm/min，加工刀轨如图7（d）所示。

图7 顶面内轮廓粗精加工刀路

4）4×Φ8孔加工。对于4×Φ8孔定位加工，首先使用Φ3的中心钻定位，钻削深度为3 mm，主轴转速为1 500 r/min，进给为50 mm/min，加工刀轨如图8（a）所示。4×Φ8孔加工，使用Φ8的麻花钻，主轴转速为500 r/min，进给为50 mm/min，加工刀轨如图8（b）所示。

图8 4×Φ8孔加工刀路

5 结论

仿真结果表明，对于双面零件的加工，需要根据零件图纸的设计要求，设计合理的加工工艺方案，提高零件的定位效率和加工精度[10]。通过使用改良后的夹具，能够有效提高双面零件的加工效率与加工质量，该方法可为同类零件的加工提供参考。