張 揚(yáng)

(惠州市技師學(xué)院，廣東 惠州 516001)

以手機(jī)外殼為代表的3C產(chǎn)品的外觀表達(dá)的作用相當(dāng)重要，其產(chǎn)品輪廓高光倒邊已是一種時尚甚至成了標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品外形多為流線型設(shè)計(jì)，壁薄，要求具有足夠的強(qiáng)度、硬度和剛度；幾何公差要求高，造成其加工制造難度大，又因?yàn)槠渖鐣枨罅看?，產(chǎn)品使用壽命要求長；因此，迫切需要一種效率和質(zhì)量可靠性高的工藝技術(shù)。本文對材料為5052鋁合金沖壓毛坯的橢圓形鋁合金振盤邊直接高光加工進(jìn)行分析研究。

1 零件特點(diǎn)

橢圓形鋁合金振盤采用沖壓毛坯，外形為橢圓形(橄欖)冠，由于設(shè)計(jì)和沖壓毛坯時有變形，邊緣為變曲率，但是曲率變化值不大，需加工的是外輪廓倒角為45°的等高高光面(直紋曲面)，尺寸精度和位置度要求高，需要選用高精度的設(shè)備，設(shè)計(jì)可靠的夾具，采用合理高效的加工工藝。產(chǎn)品圖如圖1所示。

圖1 產(chǎn)品圖

2 加工工藝設(shè)計(jì)

在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，應(yīng)充分考慮生產(chǎn)周期、設(shè)備、成本、夾治具和環(huán)保等因素，根據(jù)企業(yè)自身實(shí)際，積極采用先進(jìn)工藝和裝備，不斷提高企業(yè)工藝水平。加工工藝設(shè)計(jì)方案如下：1)加工設(shè)備采用企業(yè)現(xiàn)有的2.5軸、主軸轉(zhuǎn)速為60 000 r/min的高光機(jī)[1]；2)夾具采用結(jié)構(gòu)簡單，裝夾定位可靠，夾緊方式為氣動，速度快、效率高的專用夾具；3)加工刀具采用刀柄直徑為6 mm的焊接式金光石高光成型刀；4)刀軌路徑2D輪廓銑(關(guān)鍵是要將3D曲面銑轉(zhuǎn)換成為2D輪廓銑)；5)采用一次裝夾完成全部加工內(nèi)容的方案，使工序盡量集中，以確保產(chǎn)品精度能滿足橢圓形鋁合金振盤工藝能力和設(shè)計(jì)圖樣技術(shù)要求；6)整個生產(chǎn)線采用酒精冷卻加工，并要求在整個生產(chǎn)過程中做好防銹和產(chǎn)品保護(hù)，全部加工面嚴(yán)禁碰傷；7)設(shè)計(jì)加工工藝路線為粗銑外輪廓斜面→精銑(高光)外輪廓斜面(倒角)→吹風(fēng)防傷包裝(用吸塑盤)[2]。

3 關(guān)鍵工藝及夾具設(shè)計(jì)

3.1 關(guān)鍵工藝設(shè)計(jì)

3.1.1 粗、精銑外輪廓斜面

加工設(shè)備采用企業(yè)現(xiàn)有的主軸轉(zhuǎn)速為60 000 r/min的高光機(jī)。采用一次裝夾完成粗銑外輪廓斜面→精銑(高光)外輪廓斜面(倒角)全部加工內(nèi)容。加工完成后，應(yīng)先目測整個工件加工面有無大小邊、沙眼以及邊距大小(必要時測量加工尺寸)等。工件在拆裝過程中嚴(yán)禁碰傷。

3.1.2 刀軌設(shè)計(jì)

刀軌設(shè)計(jì)方案比較表見表1。

表1 刀軌設(shè)計(jì)方案比較表

方案2是先使用隨機(jī)床的在線輪廓掃描儀取得3D輪廓曲線再以其編程加工，加工后，高光邊均勻(見圖2)；但是加工每個產(chǎn)品前均要經(jīng)過掃描再編程加工，單位產(chǎn)品所消耗時間長，本產(chǎn)品生產(chǎn)實(shí)測耗時為92 s/個。

圖2 方案2加工效果圖

方案3采用曲面銑或3D輪廓銑[3]，對于本產(chǎn)品生產(chǎn)采用3D輪廓銑，實(shí)測耗時為65 s/個。方案3加工效果如圖3所示。

圖3 方案3加工效果圖

方案4則考慮到人的眼睛對有比照特征的事物的大小分辨率≥0.04 mm，一般≥0.15 mm，采用2D輪廓銑和刀軌偏置補(bǔ)償，在夾具設(shè)計(jì)時，應(yīng)保證產(chǎn)品定位的準(zhǔn)確性、一致性，并通過夾具形狀調(diào)整和鎖緊力，盡可能將沖壓變形(公差內(nèi))進(jìn)行復(fù)原。對于無法整理復(fù)原的變形毛坯，則通過適當(dāng)?shù)牡盾壠醚a(bǔ)償，使高光邊均勻光亮。通過嘗試，成功地將該產(chǎn)品高光直紋曲面的曲面銑加工或3D輪廓銑加工轉(zhuǎn)換成2D輪廓銑加工，加工效果如圖4所示。對于本產(chǎn)品生產(chǎn)采用2D輪廓銑，實(shí)測耗時為13～15 s/個?？梢姡诒ＷC產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，極大地提高了加工效率，為該類產(chǎn)品的類似加工提供了一個優(yōu)質(zhì)高效的加工方案； 因此，根據(jù)企業(yè)自身實(shí)際和成本效益，應(yīng)選擇方案4。

圖4 方案4加工效果圖

3.2 夾具設(shè)計(jì)

夾具裝配圖如圖5所示，夾具定位、毛坯夾緊如圖6所示。采用定位板框住產(chǎn)品的外形，用和產(chǎn)品凹面形狀一致的吸緊凸模支承產(chǎn)品的凹面，不僅起到自定心定位，同時通過真空吸緊力把有變形的毛坯復(fù)原。整個夾具設(shè)計(jì)簡單可靠，損壞后更換容易，成本低，可靠性好[4]。

圖5 夾具裝配圖(3D)

圖6 夾具定位、毛坯夾緊

4 結(jié)語

通過合理地安排加工工藝和夾具設(shè)計(jì)，有效地利用了工廠現(xiàn)有機(jī)床，減少了企業(yè)設(shè)備投入成本。采用企業(yè)現(xiàn)有的2.5軸、主軸轉(zhuǎn)速為60 000 r/min的高光機(jī)，并利用定位板框住產(chǎn)品的外形，用和產(chǎn)品凹面形狀一致的吸緊凸模支承產(chǎn)品的凹面，起到了自定心定位的作用；同時，通過采用真空吸緊力把有變形的毛坯復(fù)原，并一次裝夾完成全部加工內(nèi)容的夾具設(shè)計(jì)方案，使工序盡量集中，保證了零件的尺寸精度和位置度，取得了均勻光亮的高光面。采用專用設(shè)計(jì)夾具，提供了準(zhǔn)確、可靠定位，該夾具裝夾效率高，為通過適當(dāng)?shù)牡盾壠醚a(bǔ)償，成功地將該產(chǎn)品高光直紋曲面的曲面銑加工或3D輪廓銑加工轉(zhuǎn)換成2D輪廓銑加工提供了保障。經(jīng)過將近1年半生產(chǎn)表明，該工藝設(shè)計(jì)能夠滿足企業(yè)批量生產(chǎn)需要，加工出的產(chǎn)品精度高、廢品率低、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)效率高。

[1] 龐浩. 數(shù)控加工工藝[M]. 杭州：浙江大學(xué)出版社，2005.

[2] 蘇建修. 機(jī)械制造基礎(chǔ)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[3] 夏鳳芳. 數(shù)控機(jī)床[M]. 北京：高等教育出版社，2002.

[4] 李宏策，郭雄華，李文芳. 通用薄壁類零件柔性夾具設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)床與液壓，2012, 40(8):36-37.