复杂壳体零件的加工工艺与数控编程

何小江

（西安导航技术研究所，陕西 西安 710068）

1 工艺方案

1.1 零件分析

零件材料为硬铝2A12 T4，最大外轮廓尺寸（2160+0.1×193×1460+0.1）mm，如图1所示。三维模型如图2所示。壳体壁厚为3 mm，属于典型薄壁、深腔类零件。零件上下表面除四角外，上下面对称。零件表面有1条1.78 mm×1.19 mm密封槽，沿壁四周中心分布，6个10 mm×7 mm凸耳上各有一个螺纹孔M3-6H，下表面4角凸耳处各有一个ϕ6.3 mm的通孔。零件上下表面中间凸台及四周处另有8个M4-7H深8的螺纹孔。

腔体内部有几处竖直的凸台，深度、形状不完全相同。要求较高的平面度和垂直度。壳体左右侧面对称分布有17个90 mm×5 mm加强筋，前后侧面上下各有一条宽3 mm，深1的连筋与壳体本体相连。

1.2 工艺分析

1.3 具体工艺方案

1.3.1 粗加工

零件毛坯为（ϕ250×220）mm的棒料，用普通铣床铣六面至（218×195×148）mm，要求各面，，作为粗基准。在零件中间粗掏（150×90×148）mm内腔，利于热处理。

1.3.2 热 处理

为了防止后续加工变形，对材料进行低温去应力退火，零件在低于270℃时入炉，随炉升温至270℃，保温3小时，出炉空冷至室温。

1.3.3 精 铣

图1 零件外形图

热处理完成后，精铣零件外形至尺寸（2160+0.1×193×1460+0.1） mm，保证各面，上下表面，作为后续数控加工定位精基准。数控铣在DMC75V加工中心上完成，具有高转速、高精度等特点。先铣上表面内腔凸台深度，铣密封槽，然后加工螺纹孔，最后铣各凸耳外形。完成上表面加工后，调转装夹，铣下表面。然后铣左右侧面加强筋，最后铣前后侧面。数控铣应以零件正中间为定位基准，加工时注意刀具转速、进给、吃刀量参数的控制，确保加工质量。

1.3.4 数 控线切割

数控铣完成后，零件的外形已加工到位。剩下内腔的凸台还没有加工，由于零件壁薄，腔深，因此安排线切割一次切割内腔凸台成形。本零件在ROBOFIL1020数控慢走丝线切割机床上完成内部凸台一次切削成形，整个零件切削下来耗时共计17个小时左右。为了控制变形量，零件底部应垫上垫铁。为保证加工精度，线切割应与数控铣采用相同的定位基准。

1.3.5 数 控电火花

线切割完成后，零件大部分尺寸已加工完成。局部需要电火花清角，不再详述。

2 数控编程[1]

本文运用MasterCAM 9.0软件数控编程，Mas⁃terCAM是美国CNC software Inc公司开发的基于PC平台的CAM软件。它集二维绘图、三维实体造型、曲面设计、数控编程、刀具路径模拟等功能于一身，对系统运行环境要求较低，MasterCAM强项在数控编程尤其在加工二维产品时，能够直接读取AutoCAD零件图，也可自行绘制二维轮廓图，无需三维造型，简单易学，产生的NC程序简单高效[2]。

2.1 图形准备[3]

将1∶1比例的AutoCAD文件导入到Master⁃CAM中，每一个加工面放在一个图层上。

2.2 刀具设置

本文在加工中运用到ϕ16 mm、ϕ8 mm、ϕ6 mm、ϕ4 mm、ϕ3 mm、ϕ1.5 mm的平刀，ϕ1 mm的中心钻，以及ϕ1.8 mm，ϕ2.7 mm，ϕ3.75 mm、ϕ5.3 mm钻头，及M2、M3、M4右旋螺纹挤压丝锥。

2.3 刀具路径

本文以加工正面为例，说明刀具路径的生成。

2.3.1 挖 槽加工[4]

在铣正面内腔凸台深度的时候，采用挖槽加工。运用ϕ8mm平刀，采用一般挖槽方式，分层铣深。X、Y、Z方向不留预留量。为了减少走刀，作辅助线以限定走刀范围。

2.3.2 外 形铣加工

铣密封槽时，利用外形铣削方式。采用ϕ1.5mm平刀，沿密封槽内外外形线走刀，分层铣深，注意吃刀量和进给速度，为了防止刀具折断，每次吃刀0.1 mm，转速为1000 r/min，进给为50 mm/min。周围凸耳的铣削同样采用外形铣削方式，采用ϕ8平刀，分层铣深。铣完后，再用ϕ6平刀清角凸耳外形至R3。

图2 零件三维示意图

2.3.3 孔 加工路径

（1）点孔 采用ϕ1 mm的中心钻，运用G81方式钻定位用孔，孔深1 mm。

（2）钻螺纹底孔采用G83指令，分别用ϕ2.7，ϕ3.75钻头钻M3，M4螺纹底孔。对M4螺纹孔，底孔应钻10 mm深，M3底孔应钻至比凸耳高度深1～2 mm，也就是钻至-9 mm。

（3）攻丝 采用M3、M4右旋螺纹挤压丝锥攻螺纹，注意转速、进给速度、下刀速度等参数，以防丝锥断裂，导致零件报废。

2.4 模拟加工

MasterCAM具有实体模拟功能，可以检查刀具是否有碰撞、干涉等。

2.5 小结

本零件六个面都为加工面，上下平面形状基本一致，只是多了两个（26×6）mm，（25×6）mm的大凸耳而已。左右侧面、前后侧面均对称，因此数控编程时用到了挖槽铣、外形铣、点孔、钻孔、攻丝等功能。局部清角时为了减少走刀路径，应适当做辅助线。铣左右侧面的时候，要考虑到上下面凸耳的圆角，编程时应考虑余量，防止将凸耳圆角铣掉。同时，调面装夹加工时，一定要注意对刀原点。

总之，本零件的数控编程工作量较大，但并不是特别复杂，关键在于细心，考虑周到。对图形要多检查几遍，以防出错。

3 结束语

薄壁类零件难点在于控制加工过程中的变形，通过以上工艺安排，零件加工出来满足要求。运用MasterCAM进行二维数控编程，简单，易学。本文通过典型壳体类零件的加工，详细介绍了工艺方法和编程过程，对这种薄壁类零件的生产具有一定借鉴作用。

［1］王维.数控加工工艺及编程［M］.北京：机械工业出版社，2001.

［2］张灶法，陆斐，尚洪光.MasterCAM X实用教程［M］.北京：清华大学出版社，2009.

［3］吴长德.MasterCAM 9.0系统学习与实训［M］.北京：机械工业出版社，2003.

［4］敖春根.用MasterCAM软件编程的腔体模具零件的数控加工技术［J］.机电产品开发与创新，2006（5）：170-172.