小薄件的真空吸附排版加工法研究

邱建设 何守通 王晓敏 吴从好

江苏自动化研究所，中国·江苏 连云港 222001

1 引言

在机加工小薄板类工件（图1～图3）时一般采用压板和虎钳装夹的夹紧方式。在加工外形时，采用压板多次装夹的方式进行加工，存在装夹次数过多、劳动强度大、效率低下等问题。

图1

图2 （压板压着加工外形）

图3 （虎钳夹持加工台阶）

由于此装夹方式存在的效率低下及人工劳动强度大问题，因此，我们提出利用真空吸附的加工法在一块大板子上加工同类型的零件，创建了一套全新的装夹加工工艺，并将该加工方法在其他小薄件零件生产中进行推广应用[1]。

2 CNC 真空吸附加工

2.1 CNC 真空吸盘使用知识

①根据零件的大小安装密封条，安装过程确保密封槽内无异物，使密封条形成一个闭环，接头处接触紧密；密封条不能拉长安装，要保持密封条饱满，突出吸盘台面0.5mm左右（以3.5mm 密封绳为例）。

②毛坯居中放在闭环的密封条上（图4、图5），如有必要，沿着零件的最大外围，围成“回”字型，更能增加密封效果。

图4

图5

③接通气管，打开阀门，观察真空负压表，一般可用范围为80～90kP。

④吸附时需要用手辅助按压铝板。

2.2 在CNC 真空吸盘上加工工件的工艺流程

粗加工（零件底面留0.5～1mm，侧面留0.3～0.5mm）→精光侧面（精光侧面余量为零或者负零件底面仍然留0.5～0.5mm）→精光底面粗加工（侧面留余量0.01～0.03mm，精光底面底面留余量0.1～0.2mm 保证吸盘不漏真空）。

对刀时尽量在吸盘台面上表面对刀，避免在加工过程中过切吸盘台面，造成吸盘漏气工件报废。

当采用钻头打孔或者用更小的铣刀3D 螺旋铣时，底面留0.2mm，下机后利用台钻或者手电钻钻通。

2.3 毛坯下料工艺

由于电磁吸盘可以人为地改变磁场的大小，从而改变吸力的大小，但是真空的吸盘是无法改变的，因为单位面积上收到的空气的压强是恒定不变的，我们只能改变面积的大小，来提高板子整体受到的空气的压力。

可以采用大毛坯排版加工的原则，将小零件连成片，根据零件的加工工艺，在孔或者槽的地方下定位销（中等批量的情况下），下定位销的地方最后加工。

针对单一小零件，可以采用在一块大板子的边角处挖一个小零件出来，大板子继续为等厚度小单件备用。对于小铝件在边缘强度不够的问题，采用毛坯包容刀具的原则也就是整版的小铝件做完后四周可能要留10mm 以上的边框这样边缘的小铝件就不会飞掉了。

2.4 使用真空吸盘基本原则

①大毛坯的原则——板子越大吸得越紧（单位面积上所受的空气的压力是恒定不变）。

②底面留余量的原则——不漏真空的原则。

③小零件连成片的原则——当做整版小零件的时候四周要有加强边框。

④使用小直径刀具的原则。

⑤在通孔通槽处预装密封条的原则。

⑥用毛坯包容刀具的原则（当然对于大零件这个原则不适合）。

⑦高转速快进给轻切削的原则。

⑧保持密封绳接头处完全密封。

⑨真空发生器内部过滤网以及外部消音器通畅[2]。

3 实例加工

①台阶面的粗加工，开粗建议使用动态刀路（图6），使切削力更加均匀。

图6

②台阶面的精加工。

③外形粗加工：采用螺旋斜插的方式加工外形，零件底面留0.2～0.5mm，侧面留0.1～0.3mm（根据实际情况而定）。

④外形精加工：精光侧面余量为零，零件底面仍然留0.2～0.3mm。

⑤完成打点、钻孔的工作。

⑥外形掉料加工：换更小刀具进行底面掉料加工（由于掉料有大有小，避免小料完全掉落使刀具受损），侧面留余量0.01～0.03mm，精光底面留余量0.05mm，也可以更小；此处加工外形选择微连加工，尽可能减少去除毛刺的工作量（图7）[3]。

图7

需要注意的是：针对小件掉料以及加工外形部分，可以选择逆铣的加工策略，使掉下的余料甩到外面，避免翘起损伤工件和刀具，模拟仿真效果见图8。

图8

最终完成实物加工见图9～图10。

图9

图10

4 刀具加工参数

刀具加工参数如表1所示。

表1 刀具加工参数

5 效果总结

利用真空吸附技术，以极少的投入，确保了零件加工的稳定可靠。针对零件不同结构特点，确立了同厚度、不同尺寸工件相结合并列式加工的工艺方案，减少下料时间、辅助装夹时间、综合提高加工效率不低于100%，并在此基础上摸索出一套适宜的小件真空吸附加工工艺（本例采用自研无密封真空吸盘加工，可实现破孔加工，故底面预留0.05mm，有绳真空吸盘可在底面预留0.1～0.2mm 左右预留）。