键帽类零件数控加工方法

摘 要：本文对键帽类零件在数控加工过程中，容易出现的变形和表面粗糙度不高的问题进行了阐述。针对该现象分析了原因，对毛坯厚度、加工顺序、装夹方式、编程走刀方式、加工参数等进行了调整，并确定了合理的工艺参数，提出了解决问题的方法。

关键词：键帽；工艺流程；数控

中图分类号：TG659 文献标识码：A

在市场化经济中，新产品的开发是企业赖以生存和发展的根本，是推动企业不断进步的源泉。随着新产品的不断研制，各种电子设备对键帽类零件需求越来越多，该类零件具有外形小、曲面复杂的特点，给生产加工带来一系列的困难。如图1所示，是为某型机载电子检测设备开关上的按键，也叫键帽。由于检测设备数量不多，且处于研制阶段，所以在制定工艺方案时以数控加工为主。

图1 键帽零件图

试制过程中，我们初步确定了如下工艺流程：按图1要求，键帽的最大厚度为6.5mm，故毛坯料选用11mm厚的条料；根据键帽的长宽尺寸，每个条料上可以排列6个零件。具体的加工流程是：将此条料用压板压在机床台面上，先加工曲面部分，然后翻面用虎钳装夹再加工7.7×7.7方腔，最后由线切割统一割断成形。选择11mm厚的条形材料，主要是考虑要留够加工余量，同时考虑到装夹方式、在加工方腔中的4-R1时所用的φ2立铣刀刀刃长度问题。根据零件的几何形状，背面方腔及正面粗加工选用二维模组中的外形铣削加工方法；正面轮廓模型为凸形，且侧壁有锥度，选用三维曲面加工中的平行式铣削加工方法进行加工；加工过程中采用φ5球头刀铣削外表面。为了能使零件曲面完全表现出来，在板厚方向留2mm的余量，使6个零件仍连在一起。然后翻面，用虎钳装夹加工7.7×7.7方腔。

在加工过程中，发现毛坯料发生变形，使7.7×7.7方腔和4-R1都出现较明显的偏差。同时后续线切割工序的加工也受到影响，出现四边不对等的情况。此外，编程时对曲面采用的平行式走刀加工的表面也没有达到图纸要求的粗糙度3.2。零件加工完成后进行首检，结论为不合格，主要问题为键帽的正面轮廓模型中心与背面方腔中心不重合，表面粗糙度差，达不到图纸要求。

首次试制结果不理想，造成不合格的主要原因是加工过程中毛坯料变形。造成变形的原因有两方面：一是毛坯厚度余量不足，在加工反面时仅有2mm的连接端面，刚度差；二是工艺流程不合理。造成表面粗糙度差的原因与编程时走刀方式和加工参数有关。针对分析的原因，采取了如下调整措施，具体为：

（1）改变毛坯厚度。通过第一次试验加工发现，曲面加工深度达到8.5～9mm时，其形状就可完全显现。针对第一次加工方案中出现的变形问题，经分析确认，材料厚度增加2mm，即从11mm增加到13mm最为合适，这样在加工第二个面时就至少有4mm的连接端面。连接处强度增加，变形问题就可以很快得到解决。但同时厚度的增加会带来一个新问题，那就是零件背面方腔中4-R1的加工难度增大。因零件底厚为2mm，则意味着方腔的加工深度要达到11mm，而φ2立铣刀清角时刀刃长度只有9mm。针对该问题，可采用背面开槽的方法，即在需加工方腔上方，增加10×10（4-R2.5）深6的方孔台阶，那么，φ2立铣刀（刀杆φ6）清角时刀杆和腔壁即可让开，这样就达到了方腔彻底清角的目的。

（2）调整加工顺序。先加工背面方腔，再加工正面外形轮廓。在加工背面方腔时，由于厚度加大了2mm，所以整个条料几乎没有变形，关键尺寸7.7×7.7方腔精度可以得到保证，其次在加工第二面时，各零件连接处厚度是从13到4逐渐减小，零件不容易变形。

（3）改变装夹方式。两面装夹均采用虎钳装夹，与第一次方案相比，本次将材料加厚，余量增加，使两面加工时都可用虎钳夹装，可靠性和装夹效率得到提高。

（4）改变编程走刀方式。加工完方腔后开始翻面加工曲面，变平行式走刀为等高式走刀，这样的走刀方式其优点在于它是按等高线分层加工，刀具在整个加工过程中，受力均匀，切削平稳，能达到较高的表面粗糙度要求。编程时，编制等高式三维曲面刀具路径，设置切削方向公差为0.05mm，设置封闭外形为顺铣，开放式外形为单向铣削，设置间隙选“移动量小于容许间隙不提刀的设定”为平滑，设置边界，选“刀具在曲面边界走圆角”的所有曲面边界走圆角。

（5）调整加工参数。第一次试验的加工刀具及切削用量的参数为：背面方腔采用φ5键槽铣刀加工，方腔4-R1用φ2立铣刀清角，正面粗加工用φ5键槽刀去周边余量，精加工时选用φ5硬质合金球头刀，精加工时底部周边留0.2mm铣削余量，粗加工时主轴转速S=1500R/min，进给速度VF=100mm/min，精加工时主轴转速S=1500R/min，进给速度VF=100mm/min。此次对参数调整主要在精加工阶段，为了提高表面精度，将主轴转速提到到S=4000R/min，进给速度提到到VF=380mm/min。

经过以上调整后，对键帽重新进行试生产加工，检验结果表明，零件尺寸、粗糙度等均符合图纸要求，达到了预期目的，此加工方法在其他类似产品中得以推广。

通过此次试验，总结了对键帽类零件数控加工的基本规律：三维曲面加工的切削方式是零件表面质量的重要因素，要根据加工对象的曲面特征及刀具特性等进行合理的选择。合理地确定零件的加工顺序和加工余量，可以减小零件在加工过程中的变形；合理地选择刀具和切削参数，可减小零件加工中的变形，提高加工精度，并改善其加工表面的粗糙度。

参考文献

[1]许祥泰，刘艳芳.数控加工编程实用技术[M].北京：机械工业出版社2000.

[2]刘雄伟等.数控加工理论与编程技术.第2版[M].北京：机械工业出版社2000.

[3]邓弈，苏先辉，肖调生.Mastercam数控加工技术[M].北京：清华大学出版社2004.

[4]周济.数控加工技术[M].北京：国防工业出版社2002.

[5]何平.数控加工中心操作与编程实训教程[M].北京：国防工业出版社2006.