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摘要：薄壁框體零件形狀復雜、精度要求較高，其加工工藝和裝夾方式直接影響零件生產的質量及效率。通過對薄壁框體零件加工難度的分析、加工工藝的制定、專用夾具的設計及銑削加工時應注意的問題進行研究，解決了薄壁框體零件加工易變形、定位及裝夾難等問題，保證了零件加工質量，提高了生產效率。

關鍵詞：薄壁框體零件；加工變形；裝夾；定位；專用夾具

薄壁框體類零件因其質量輕、結構緊湊、易裝配等優點，被廣泛應用于各領域中。但薄壁框體類零件通常因其形狀復雜、精度要求高，在加工中易出現塑性變形及裝夾變形等問題，降低了零件的尺寸精度、位置精度，造成表面粗糙度值較大、產品品質差等現象，因此薄壁框體類零件加工是數控銑加工中的難題之一。薄壁框體類零件加工的技術難點是如何最大程度地控制零件在裝夾過程和加工過程中的變形，以下通過對薄壁框體零件的加工實例進行分析，制定加工工藝和設計專用夾具以控制和解決薄壁框體零件切削加工易變形、定位及裝夾難的問題。

1零件特點及加工難點分析

1.1零件特點。A6061鋁質夾板框架如圖1所示，為薄壁框體類零件，是固定某款手機電池夾具中的零部件，每套固定夾具由4個零件組成，裝配后才能固定電池。該框架為夾具的零件之一，對其平行度、平面度、尺寸精度要求較高，其結構特點：①最大外形尺寸為98mm×40.5mm×5mm，基本厚度為3mm，中間切開一個凸形缺口，非對稱零件，外形較復雜；②零件正面有厚度為10mm的凸臺，反面有厚度為2mm的加強筋，正反兩面不對稱，形狀、結構均不同，需兩面分別加工；③零件上有多個小通孔，加工時要注意保證其位置度；④零件整體外形為“C”形，中間連接處有2mm厚的加強筋（40mm×4.5mm×3mm），在夾緊力、刀具切削力的雙重作用下易出現切削震顫引起加工變形；⑤零件側面有孔，需再次裝夾加工。（a）正面（b）反面（c）二維結構圖1零件1.2零件加工難度分析。根據加工常用設備及該零件的結構特點，可使用普通銑床、數控銑床及線切割機進行加工。該零件為鋁制品，線切割加工慢、效率低，且易燒壞導電塊、易斷絲，故在制定加工工藝時采用普通銑床和數控銑床進行銑削加工。零件在銑削加工時出現的難點如下。（1）加工中零件的變形。刀具在切削材料的過程中會產生切削力和切削熱，二者共同作用下易造成零件的塑性變形。薄壁類零件有可能因裝夾不當，在切削力的作用下出現切削震顫現象導致零件加工變形。（2）零件加工裝夾困難。零件的裝夾工藝是影響薄壁零件制造的首要因素。裝夾位置、夾緊力大小、裝夾方案的選取不當都會導致薄壁零件變形，如直接將毛坯裝夾在虎鉗上加工，為保證零件在加工過程中不松動，夾緊力與切削力應同步增大，且夾緊力應略大于切削力，但這樣裝夾加工后的零件拆卸后已發生較大變形，零件的平面度、平行度、尺寸精度等都會發生變化，且變形量的大小會因夾緊力的不同而改變，直接影響加工的精度。若為了滿足零件加工拆卸后變形量小而在裝夾時將夾緊力設置過小，又可能發生夾緊力不夠導致零件在加工中移位，甚至可能發生零件松脫飛出的事故。（3）零件加工再次裝夾及定位難。該零件正反面結構和形狀不同，無論先加工正面還是反面，都需考慮再次裝夾的定位問題。常規的裝夾可能會使零件表面產生壓痕及其尺寸發生變化，且零件的再次裝夾重新定位較費時，容易產生定位誤差，影響加工精度。（4）此零件屬于裝配類加工零件，形位公差、精度、表面粗糙度要求比較高。（5）該薄壁框體類零件基本厚度僅為3mm，零件有3處缺口，最大處缺口達63mm，加工中易發生變形，若正面加工時直接銑削全部外形將面臨反面加工時難定位、難裝夾的問題；如為解決裝夾難的問題，正面加工時只銑削外形，深度未銑到位，則會因定位誤差及正反面接刀的現象影響零件的配合度及外觀。（6）該零件形狀不規則，在加工過程中容易受力不均導致加工誤差較大，嚴重的還會導致零件變形。

2控制加工變形解決方案

2.1加工工藝方案的制定。為克服該薄壁框體零件加工中的難點，根據其裝配要求，可選擇以下2個方案進行加工。（1）方案一。①加工零件反面：將毛坯固定在普通銑床上銑削平面，在銑好的面上鉆3個通孔（通孔位置應避開零件外形）；②制作簡單夾具：提前準備1條條形鋼板，根據前一步驟中3個通孔的位置鉆好3個孔，此裝置作為下一步驟的簡易夾具；③加工零件正面：采用3個內六角螺釘將零件固定在前一步驟準備好的夾具上，通過數控銑床加工正面及外形輪廓；加工外形時不能將中間凸字形缺口處全部銑削，需留出4處薄片（反面加工后薄片厚度達0.5mm左右）及中間連接桿用于零件固定及定位，以解決反面加工時零件的裝夾定位問題，如圖2所示，這種加工方式既能在正面加工時將零件外形一次加工到位，又保證了零件加工時的剛性，還能解決反面加工時裝夾位置及裝夾力對零件加工中造成的變形及表面質量的影響；④為保證零件上多個小通孔之間及其與零件外形之間的位置度，加工零件正面時將孔與外形在同一道工序完成；⑤制造專用夾具：為解決因零件裝夾不當而引起零件變形的問題，正面加工完成后需設計制造專用夾具，用于裝夾定位零件進行反面加工，采用專業夾具（見圖2）不僅能有效固定零件、快速精準定位，使裝夾加工簡單方便、穩定可靠，還可以節省零件裝夾找正及數控銑床對刀的時間，提高生產效率；⑥再次加工零件反面：采用3個內六角螺釘將零件固定在專用夾具上，通過數控銑床加工反面，銑出加強筋的結構；⑦加工凸臺上的側孔：完成上個步驟后使用夾具定位鉆2個直徑ϕ2mm的側孔，可使用普通鉆床或普通銑床加工，不占用數控設備加工；⑧最后去除4處0.5mm厚的工藝連接薄片、中間連接桿及螺釘緊固臺，修整工藝連接處。（2）方案二。①加工零件正面：直接在數控銑床上裝夾毛坯件，加工正面及外形輪廓，并在銑好的面上鉆3個通孔（通孔位置應避開零件外形），加工正面時的注意事項與“方案一”相同，即加工外形時不能將中間凸字形缺口處全部銑削，需留出4處薄片及中間連接桿用于零件固定及定位；②以下各步驟同“方案一”中步驟④~⑧。2.2方案對比選擇。以上2種方案的區別只在前3個步驟，涉及正面及外形輪廓的銑削工藝過程，其他步驟相同，其對比如下。方案一：前2次裝夾。第1次直接裝夾在普通銑床上對零件反面進行銑削，銑削后的平面將作為下一道工序正面加工的基準面；第2次裝夾在自制的簡易夾具上，用數控銑床對零件正面及外形輪廓進行加工及鉆孔。方案二：前面只有1次裝夾。直接將零件裝夾在數控銑床上銑削加工其正面及外形輪廓。對比2個方案發現，方案二比方案一拆卸次數少，一次裝夾即可直接銑削正面及外形輪廓，省工省時，但采用方案二加工正面時需預留5mm裝夾量，該零件基本厚度為3mm，總厚度為12mm，毛坯件的厚度最少應為17mm；而采用方案一加工，則不需預留5mm的裝夾量，節省材料，批量生產時還可在步驟二制作簡易夾具時按批量制作。綜上所述，如小批量加工該零件可采用方案二的工藝過程，優點是裝夾方便，缺點是浪費材料，加工量大；如批量生產應采用方案一的工藝過程，優點是節省材料，缺點是多了一道面需數控銑及裝夾，略為耗時。2.3專用夾具的結構設計。為避免零件加工過程中因裝夾不當產生變形，影響零件加工外形及精度，在加工零件反面時需設計1套專用夾具，使零件裝夾定位簡單、快速、準確。專用夾具力求結構簡單、制作方便，有一定的通用性，能達到加工零件的質量要求，可供批量生產使用以提高加工效率。該薄壁框體零件材料為6061鋁合金，材質較軟，選擇國標黃銅為材料制作該專用夾具，其設計應滿足以下要求。（1）能利用已加工好的正面對零件進行快速精準定位。（2）采用螺釘緊固的方式，對加工零件施加向下的拉力壓緊定位，避免了薄壁零件側向受力導致加工過程中發生變形或切削震顫的現象。（3）該零件較小，批量加工時應滿足一次裝夾多個零件的條件，降低操作者的勞動強度，縮短反復換刀及對刀的輔助時間。（4）夾具結構應簡單可靠、制作方便、快捷，盡量降低加工成本。由于正面加工完成后產生了2個凸臺，在設計反面加工裝夾夾具結構時要對其進行避空處理；外形輪廓中各處過渡的圓弧角也要進行避空，防止定位裝夾時發生干涉；夾具與零件定位邊倒角C0.3mm，用作裝夾零件導向，同時避免刮傷。專用夾具結構設計如圖3所示，夾具成品如圖4所示。經過幾批零件多次加工實踐，最終通過三坐標的檢測確定，采用以上加工工藝及專用夾具加工的零件平面度、平行度、尺寸精度均能達到圖紙要求，加工的表面質量好，未產生加工變形及切削震紋。2.4刀具選擇。零件材質為6061鋁合金，冷處理鋁鍛造產品耐腐蝕性強、抗擠壓能力強、塑性好、熔點低，但鋁合金材料在銑削加工時粘刀問題嚴重，易產生積屑瘤。銑削過程中積屑瘤的產生會導致切削層厚度增加，影響零件尺寸精度；積屑瘤不斷長大和脫落會加快刀具磨損，導致刀具切削刃鈍化、加工表面質量降低等不良影響，嚴重時甚至會出現銑削斷刀現象。因此在銑削鋁合金時應盡量選擇減少積屑瘤形成的刀具，利用高速加工提高加工零件的尺寸精度及生產效率，降低表面粗糙度。綜上所述，加工該零件的刀具硬度要求不高，可選用白鋼刀和硬質合金刀。根據鋁合金銑削的加工特性可選擇三刃鋁用銑刀，YG類硬質合金刀或加工鋁合金專用銑刀加工此零件，如DaElement品牌的3P系列、瑞士Fraisa的AL系列等，加工效果較好。該零件2個凸臺有C1、C2mm工藝倒角，對尺寸精度要求不高，可選用倒角刀銑削加工，提高生產效率。

3結束語

薄壁框體類零件在加工中易變形、難定位、難裝夾，其技術難點在于加工過程中的塑性變形及裝夾變形，零件加工變形是影響加工質量和加工效率的重要因素，解決此類零件加工問題可以根據產品的裝配要求、尺寸要求及外觀質量等因素增加零件加工過程中的輔助工藝結構，針對類似零件的結構和加工特點，可靈活設計一些小型夾具、輔具，滿足加工的定位及夾緊要求。通過加工工藝的調整及創新裝夾方式以達到控制與減少零件加工變形，保證加工質量，有效提高了經濟效益。

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作者:溫滬斌 單位:惠州市技師學院