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数控铣床加工特殊零件的夹具
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前言:数控机床加工的零件一般都比较复杂,也经常用到一些专用的夹具,这样既有利于提高加工效率也利于保证加工精度,缩短生产周期和提高市场竞争能力。本人以前在企业工作中,也曾接触过一些直升机模型销售员,了解过一些直升机模型市场的信息。在众多直升机模型爱好者来说,一般的直升机模型商品显然不能满足他们的竞技要求。他们往往追求的是更高标准的汽油动力航模改装直升机,汽油动力航模的临空气势磅礴,高速度、高机动性都是电动航模所望尘莫及的。改装关键部位如主螺旋桨机构、主旋翼固定夹、尾部螺旋桨机构全部采用强度高、质量轻的铝合金作为材料,机身大架采用同样质轻、高强度的碳纤维板材作为骨架,经过如此专业的改装,此类航模性能得到大幅提升,可以作为竞技机种出场,轻易做出各种高难度的特技动作。
1.主旋翼夹座设计
  1.1.产品加工背景
  本人曾负责此类航模直升机的结构改装设计,并要制定生产工艺,把零部件加工出来。在此类产品的开发研究过程中,主要碰到以下一些问题:第一,由于经过改装的汽油动力航模属于一种较高级的奢侈玩具,只局限于一些专业的玩家,群体人数有限。第二,由于航模零件的尺寸精确度要求高,互换性要求也高,所以决定采用批数控加工方式,因而在设计零件时也要考虑零件能方便使用数控加工方式生产出来,不能存在一些加工不到的死角。第三,由于零件要批量的生产,所以需要设计一些快速装夹零件的工装夹具。
  1.2.零件加工材料选择
  首先确定零件加工材料为铝合金材料,而铝合金因其合金含量不同也会有不同性能和应用范围。根据合金元素含量的不同,铝合金材料大概可分为8个系列,其中6系铝合金是以镁和硅为主要合金元素并以Mg2Si相为强化相的铝合金,属于热处理可强化铝合金。合金具有中等强度,耐蚀性高,无应力腐蚀破裂倾向,成形性和工艺性能良好等优点。
2.主旋翼夹座零件加工工艺性分析
  2.1.该零件由不规则的旋转体和底座组成,如果以同一工种从头到尾做出来不现实,可用到数控车和数控铣复合工艺完成;
  2.2. 零件上存在一些旋转体的特征,如φ18和φ24的圆柱部分,可以先假设该零件本来就是旋转体,只是经过后期铣床加工,才变成现在的不规则模样。因而可以买圆柱棒料作为坯料,先用数控车床批量加工出半成品,然后用夹具把半成品装夹好,用数控铣床进行批量加工。
  2.3.主旋翼夹座的底座上面的φ18直径连同附近的C1和C3倒角都属于非重要部分,尺寸为自由公差,可由数控车直接做出;底座由R10和R5两圆和其相切直线组成,可先车成φ48圆柱体,然后上铣床铣出底座外形;
  2.4.夹座由于是铝合金材料,两侧平板和中间槽不能处在同一刀路,否则很容易产生加工变形影响产品质量;
  2.5.零件上φ5mm的通孔为固定夹座与螺旋翼之间的连接螺栓,定位精度要求不高,但对同轴度有要求。而M4的螺纹孔连接的是非重要的紧固螺栓,这些步骤都可以安排到最后使用普通钻床和攻牙机处理,不再占用相对昂贵的数控设备加工。
  2.6.铝合金零件最后作去毛刺、氧化、着色处理,表面会出现蓝色的色泽,较为新潮吸引。
3.主旋翼夹座工艺设计
  综合考虑主旋翼夹座的用途和加工性能,决定选用φ50圆形铝合金,加工工艺依次为:数车车出φ24、φ18和底座外圆;→铣出底座至尺寸;→上分度头,铣出夹座两侧外形;→分度头旋转90度,铣出R17外圆和钻φ5直孔;→夹底座,铣出零件中间至尺寸深度。
  3.1.数车加工出φ24、φ18和底座外圆并钻φ12孔;
  上数控车床,加工出φ24、φ18和φ48外圆,并钻φ12孔。
  3.2.铣出底座至尺寸;
  上数控铣床,夹持φ24外圆。
  3.3.上分度头,铣出夹座两侧外形;
  把分度头安装在数控铣床上,夹持底座,调整合适方向,进行外圆铣削编程。
  3.4.铣出R17外圆和钻φ5直孔;
  主旋翼夹座上方为R17圆弧面,如果把工件放平观察,发现是一个R17圆弧2D刀路,而φ5通孔作用是上紧固螺栓,需保证其同轴度。则需把分度头旋转90度,编程铣削夹座上方圆弧部分,并进行钻φ5通孔。
  3.5.夹底座,铣出零件中间至尺寸深度。
  把分度头旋转至底座朝下,用分中棒进行工件分中,然后编程铣削夹座中间深直槽,最后工件完成。
  在实际生产中,如果按以上工艺步骤进行加工,我们可以先从产量方面分析下。由于数控车,数控铣和钻床可分别在不同工位上进行加工,加工时间可同时进行,所以只需要分析加工时间要求最长的数控铣即可。上述加工过程是用分度头安装在数控铣床上进行单件加工,分度头由于要旋转3次,算下来数铣上加工一个工件大概需时半小时,一天只能做20件,一个月也最多是700件左右,显然达不到之前月产量一千件的要求,所以该生产方法需要改进。
结束语:
  本文以一个投入生产的零件实例,说明一种联合运用数控车、铣工艺完成零件生产的思路。在企业实际生产中,经常会遇到一些中小批量但品种繁多的零件加工订单,批量不足决定了不能开模具生产零件,只能通过灵活运用各种机加工手法,尽可能设计一种合理的工艺,实现产品的快速批量生产。即使较先进的数控加工也不例外,关键的是要把产品图纸吃透,并制定出合理的工艺,至于程序本身的编写,亦并非要堆砌出一连串复杂的曲面刀路才叫有水平,相反,越是用简约的刀路,会更提高效率,并减少出错的机会。本文航模直升机的螺旋桨机构的许多部件,工艺都可以分拆成先车后铣,从而解决了看似无法加工的问题。

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