关键词：铝合金薄壁零件；数控加工夹具；相关研究
引言
数控加工技术是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段，它的广泛使用给机械及模具制造业生产方式、产业结构、管理方式带来深刻的变化。大力发展以数控加工技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。因此，数控加工技术是衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志。
1数控加工夹具
1.1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。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。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。
1.2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。
2铝合金薄壁零件数控加工夹具的优化
2.1夹具优化设计
针对夹具出现的以上问题进行思考:(1)装夹耗时和装夹不到位情况与人工操作密切相关，经研究决定增加夹具投入成本，设计一套气动辅助夹紧装置，用于在工件往夹具上装夹过程中协助员工完成工件的正确定位。(2)夹具座板上用来支撑并固定工件的部分制作成工件定位板，即把座板制作成分体结构，工件夹具与机床夹具连接部分设计成独立的棱柱，使整套夹具由3大部分组成(上层定位板、下层定位板、底座)。
2.2高速切削特点
要想提高生产效率，国际上拥有先进制造技术的国家，普遍采用高速铣加工。高速铣加工是数控技术发展起来的集高效、优质和低耗为一体的先进制造技术。和普通铣切削比，高速切削具有下列优点:加工效率高;切削力降低;工件热变形减小;加工表面质量高;有利于保证零件的尺寸、形位精度;加工成本降低。薄壁结构件基于高速切削产生的切削力低、热变形小、表面精度高等特点，从而实现高效、经济、优质加工的目的。
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2.3铝合金的特性及刀具的选择
铝合金硬度低，相比钛合金与其它淬火钢，铝合金的硬度较低，当然热处理过，或者压铸铝合金的硬度也很高。普通铝板的硬度一般都在40HRC以下。因此在加工铝合金时，刀具的负载小。又因为铝合金的导热性能较佳，铣削铝合金的切削温度比较低，可以提高其铣削速度。铝合金的塑性低，熔点也低。加工铝合金时其粘刀问题严重，排屑性能较差，表面粗糙度值也比较大。其实加工铝合金主要就是粘刀与粗糙度值效果不好。只要解决粘刀，加工表面质量这两大问题，铝合金加工的问题就迎刃而解了。刀具易磨损，因为采取不适合的刀具材料，加工铝合金时，往往因为粘刀，排屑等问题导致刀具磨损加快。加工铝合金一般用3刃铝用铣刀，其次因为加工情况的差异，很可能会用到2刃球头刀，或4刃平底刀，可以选用3刃平底立铣刀。材料一般选择YG类硬质合金，这样可以减少刀具与铝合金的化学亲和力，高速钢铝用铣刀较为锋利，也可以很好的加工铝合金。加工普通铝合金一般可以选择高速大进给铣削，其次尽可能选择较大的前角，增大容屑空间，减少粘刀的现象。如果是精加工铝合金，则不能采用水剂切削液，避免在加工表面形成小针孔，一般可以采用煤油或者柴油做加工铝板的切削液。加工铝合金铣刀的切削速度，因铣刀的材质与参数，加工工艺的不同而有差异。
2.4零件试加工
由于上述加工工艺方法合理地控制了铝合金薄壁零件加工过程中的切削力、切削热、残余应力、夹紧力以及其他因素导致的零件变形，因此该加工工艺方法能够有效地控制薄壁铝合金零件加工过程中的零件变形量。经过小批量试加工，笔者对切削参数以及走刀路线进行了进一步的优化，零件加工合格率已由改进前的75%提高到98%，并且适合于大批量生产。
3工装使用方法
1）车右端定位基准。由于粗加工的应力变形，以及人工时效的原因，因此在数控车床精加工前，需要对零件毛坯的定位基准进行加工。采用扇形软爪及开口环，内撑零件左端内孔，加工零件右端基准内孔及端面。2）内撑右端基准、精车左端内外形及外螺纹。采用扇形软爪及开口环，内撑零件右端基准内孔，精车左端内外形及外螺纹。在精加工时至少采用两次内外圆交替车削的方式进行加工。零件装夹允许时可采用径向与轴向定位、端面夹紧的装夹方式。3）外夹左端、精车右端内形。采用扇形软爪以及开口环，外夹零件左端外圆，精车工件右端内形。4）软爪修正。为保证零件的同轴度、垂直度等形位公差，并且尽量减小零件的夹紧变形，在加工前，需要在该数控车床上采用软爪修正器对软爪进行车正，修正后软爪的径向跳动与轴向跳动均不大于0.02mm。5）液压卡盘夹紧压力调整。为尽量减小因夹具夹紧力造成的工件变形，在加工前需要对数控车床的液压三爪卡盘夹紧力进行调整。根据零件特性分析，将液压三爪卡盘夹紧力调整为0.03MPa，既满足了工件夹紧力的要求，又保证了工件变形量。
结语
在进通过对刀具的选择、加工参数的确定、工装的设计以及切削液的使用，能够使工件装夹定位方便、夹紧可靠、操作方便且加工过程平稳，能更好地保证加工质量。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。
参考文献
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论文作者:刘绍宏
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第20期
论文发表时间:2020/4/28
标签：夹具论文; 加工论文; 工件论文; 铝合金论文; 零件论文; 数控论文; 薄壁论文; 《科学与技术》2019年第20期论文;