数控加工中心批量生产铝合金零件的方法

对钩网100

在目前的轻工产品开发时，结构零部件的选材一般有塑料、冲压钣金件、铝合金压铸件、橡胶件等，而采用铝合金压铸件有以下一些优点：可以满足较快速的大批量生产，只要生产出铝合金压铸模具，装上压铸机就可以生产，而且批量零件的尺寸稳定性较好，加工余量比较少，节约材料，经济性 比较好。另外铝合金零件的机械强度虽比不上钢铁零件，但相对塑胶零件强度大得多，完全可以满足日用工业制品的要求， 而且，铝合金密度相对较小，比钢铁材料轻得多，散热性能良好，在工业产品中得到越来越多的应用。像摩托车的齿轮箱外壳就是用铝合金压铸件制造的。

　　前段时间，学校拓展部接到一批“发烧级遥控油动赛车的齿轮箱组件”的生产订单，该齿轮箱组件由上盖(蓝色部分)和下盖(橙色部分)组成，如图1所示。

　　这批产品的生产要求如下：(1)采用铝合金材料，生产数量不多，每款只有一千件，但款式有十几款。(2)客户对铝合金零件的要求比较高，第一，要求零件的尺寸精度高，许多关键位置尺寸公差要求在0.02毫米以内;第二，作为外观零件，要求表面光洁度达到镜面级，然后通过阳极氧化着色，使色彩变得绚丽夺目。 由于批量太少，这种情况下假如开铝合金压铸模，成本很高，非常不合理，而且开模的周期也比较长;由于零件的尺寸精度及表面光洁度要求高，如果用铝合金压铸模生产铝零 件，表面质量是很粗糙的，再通过打磨、抛光等方法处理，也难以达到氧化着色的光洁要求，且费时费力。

　　如何在零件批量少、款式多、尺寸精度及外观表面光洁度要求高的前提下，满足客户的要求，为客户提供合格的产品呢?笔者经过生产实践，利用数控加工中心，采用合理的加工工艺及科学的装夹方法，完成产品的加工。下面就以齿轮箱组件的下盖为例，介绍其加工工艺方法和数控加工过程，上盖的工艺方法和加工过程与下盖类似，这里不再详述。

　　一、加工工艺分析

　　简化看下盖零件主要由顶面(A面)和底面(B面)组成(见图2)，特征的生长方向均是上下方向，方便用立铣刀作Z 轴上下运动和作XY平面运动，且零件周边没有侧向孔，是典型的三轴加工。加工思路是开出一整块铝材，在数控加工中心上装夹好，先编程加工A面特征，然后反过来装夹加工B面。关键 是如何在机床上批量地生产零件和如何解决反面装夹的定位问题，保证两次装夹零件的中心是重合的。

　　通过建立三维模型，生成模型的边界盒，零件的长、宽、高分别是48.84mm×50.0mm×22.30mm(见图3)。由于单个零件的尺寸不大，一条铝材可以排5个零件(即可以加工5个零件)，加工中心至少一次可装夹3条铝材，即一次装夹可以完成15个零件的单面加工。

　　二、齿轮箱组件下盖数控加工工艺过程

　　1.开料

　　材料采用6063牌号铝合金挤压型材，挤压型材市场上可以直接购回，由于型材采用高压挤压出来，材料的致密性较铝合金压铸要好，材料内部(如砂眼等)的缺陷少，强度高，切削加工性能好。另外，6063牌号铝合金的氧化着色性能较好，综合考虑后选用。挤压型材的截面有多种尺寸，我们选用一种比零件截面稍大的，长度按能排下5个零件去锯断，一条铝材排5个零件，生产一千件零件就要锯出二百多条材料。如图4 所示。
　　2.定位装夹

　　加工的前期工作需要准备一块底板，底板夹紧在机床上不动，而铝材则通过螺丝锁紧在底板上，加工思路是：先逐一把二百多条铝材的A面都加工出来，然后再反面装夹加工B面。

　　由于加工定位、分中对刀均在底板上进行，底板各面的平行度及上、下底面的平面度显得非常重要。为能保证加工要求，对底板作如下工艺处理：

　　(1)底板选用厚度约为15mm的铁板制造。

　　(2)先用磨床磨平两个大面，放机床上装夹好。

　　(3)四边铣出直边和用来分中，以确定加工原点。

　　(4)编写钻孔程序，在底板的两端各钻4个定位孔，然后人工攻好螺丝牙(如图5所示绿色部分)。www.vtoall.com所钻几个定位孔目的是用来快速装夹锁紧工件。在加工A面特征时，用底板的四个螺丝牙锁紧铝材(图6中紫色部分)。加工B面特征时，则用另外4 个螺丝牙。加工A面时，内六角螺丝的定位要求不高，4个螺丝兼锁紧及定位作用。但是由于在加工B面时，必须与A的加工原点重合，此时4个螺丝仅仅起到锁紧作用，而不能用来定位(B面的定位方式在下文详细介绍)。

　　铝型材截好长度后，利用钻底板定位孔的加工程序，在铝型材的两端与底板对应位置钻定位沉头孔(两面都要钻)，沉头孔用来放置沉头内六角螺丝，以把铝材锁紧在底板上。由于用同一个钻孔程序，底板与铝材两端的定位孔完全重合，从而实现快速定位加工。

　　在编程排位时，铝材的中心与底板的中心重合，如图6 所示。(黄线为铝材的范围，绿线为底板范围，铝材边上铣四个圆孔大有作用，反面加工时作定位用。)