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笔者以门锁把零件为项目，在零件因批量小而不适合开发压铸模的前提下，对如何利用加工中心，采用合理的加工工艺及科学的装夹方法批量加工生产该零件进行了探讨。从零件的结构特征分析、批量生产的方案、装夹底板的加工、零件的正反面装夹及切断等关键问题上较详细进行了论述。
一、项目的引入
中山市小榄镇作为全国五金制品生产基地，五金类产业是小榄镇的重要经济支柱，而制锁产业又是五金制品类的重要组成部分，在小榄镇工业产业中占据着重要的地位。
数控技术应用是我校的主干专业，产教结合是本专业常用的教学模式，从企业引入生产项目是实施产教一体化的有效方式。图1所示是为国外客户定做的门锁把零件，是多种门锁把零件中的其中一种，是我校从一大型制锁企业中引入的生产加工项目。下面我就以该项目为例，谈谈如何用加工中心高效实现对该门锁把的批量生产。
项目要求如下。
（1）采用铝合金材料，加工生产成高亮的铝合金产品，而且生产数量不多，只有800多件，款式较多，这只是多种款式中的一种。
（2）客户对铝合金门锁把零件的要求比较高：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0.02mm内；第二，外观要求较高，表面光洁度要达到较高的等级，然后通过阳极氧化着色，使色彩变得光亮。
二、解决方案
（1）方案一：先开压铸模，然后通过压铸机压铸出产品。
即先根据产品的要求和特征设计并制造出压铸模具，装上压铸机压铸出产品。这种方法的优点是批量生产的零件尺寸稳定性较好，加工余量比较少，节约材料，经济性比较好。缺点是：就本项目来说，总共只有800多件，批量太少，在这种情况下假如还按常规的开模压铸进行生产的话，成本就会很高，而且开模的周期也比较长。另外，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进行生产，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。显然，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，采用这种生产方案既不科学，也不经济，无法满足客户的要求，为客户提供合格的产品。
（2）方案二：利用加工中心直接批量生产。
笔者经过生产实践，利用数控加工中心，根据零件的结构特征，采用合理的加工工艺及科学的定位装夹，完成产品的生产与加工。
三、门锁把零件的工艺分析
1.建立产品模型
根据要求，建立产品的三维模型，即建模过程，通过建立模型，才能做好工艺分析和加工。常用的方法是采用专业软件完成产品三维图形的构建，使用MasterCAM、Pro/ENGINEER等常用软件。由于零件较为复杂，用MasterCAM直接构建模型难度较大，且MasterCAM基于参数化图形生成过程相对较弱，一旦有错，修改起来较为麻烦，但其加工能力却很强。Pro/ENGINEER是基于参数的图形生成过程，建模及修改都很方便，但其加工能力相对较弱。为此，采用取长补短的方法，用Pro/ENGINEER构建模型后，转到MasterCAM进行加工。
2.分析模型，确立加工工艺
由模型简化分析，门锁把零件主要由顶面（ A面）和底面（B面）组成（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、突台等特征，是典型的3轴加工，加工时只要正反面装夹两次加工即可。通过分析模型的特征， A面零件的两端有两个平整面，作反面加工时容易定位装夹，且各有一个特征孔，刚好可以作为加工 B面的最后一刀（切断）时的锁定及定位孔（图3）。因此，加工的基本思路是开出一整块铝材，在数控加工中心上装夹好，先编程加工所有铝材的 A面特征，完成后反过来装夹加工所有铝材B面特征。
四、门锁把零件的数控加工工艺过程
通过制定合理、科学的工艺过程，加工时要解决以下几个关键难点：批量生产的加工方案；快速的正反面装夹；正反面装夹时的准确定位（两次装夹零件的中心必须重合）；最后一刀的零件切断分离（ B面加工的最后一刀，零件与铝材即将分离时，要保证铣削力不会让每个工件发生位移甚至飞离工作台）。
1.零件批量生产的方案
通过建立模型的边界盒，零件的长、宽、高分别是72mm×227.69mm×62.5mm（图3），确定单条铝材的大小为768mm×266mm×65mm。由于单个零件在长度方向的尺寸不大，一条铝材可以排8个零件（即可以加工8个零件，图4），选用一台1000×800的加工中心，一次可装夹2条铝材，一次装夹即可完成16个零件的单面加工，生产效率还是比较高的。
材料采用6063牌号铝合金挤压型材，挤压型材是市场上可以直接购回的，由于型材采用高压挤压出来，材料的至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，综合考虑后选用之。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8个零件去锯断，一条铝材排8个零件，生产800多件零件就要锯出100多条材料。
2.装夹底板的制作
数控铣的装夹非常重要，夹具设计的好坏及装夹是否合理、科学将直接影响零件加工的质量及生产效率。夹具的设计要尽量的简单、易于使用，且成本要低，这样才能做到生产效益的最大化。
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。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2个大面，放机床上装夹好；③四边铣出直边，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（图5）。钻出这几个定位孔的目的是用来快速装夹锁紧工件。 3.A面的装夹与加工
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。由于称。 A面加工完后的效果图如图7所示，两端的4个大圆孔将用用同一个钻孔程序，底板与铝材两端的定位孔完全重合，从而以反面（B面）加工装夹时的定位孔。 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。
4.对零件A面（顶面）进行编程加工
现可以对零件 A面进行编程，具体的编程步骤不是本文所述重点，不作详细探讨，但有几个关键的加工工艺要点如下。
（1）选刀。
铣削铝零件和铣模具的选刀原则一样，即充分运用大刀开粗小刀清角原则，粗加工要选择直径足够大并有足够的切削能力的刀具快速去除材料；精加工要使用较小的刀具，能加工到每一个角落，把工件结构形状完全加工出来。由于铝合金相对钢铁材料较软，故进给率和吃刀量可较大，以8mm平刀为例，进给可以取3000mm/min， Z轴每次进给可取0.5～0.8mm。由于是使用加工中心，有刀库可以换刀，所以编程时可根据零件的实际形状选用不同的刀具。
（2）光刀。
由于零件要求较高的表面光洁度，光刀时要选用新刀具，最好是螺旋角达到55°的铝合金专用刀具，同时进给率打慢一点，则出来的效果就会很光亮。
（3）加工B面加工装夹定位孔。
A面的特征铣削加工完成后，必须在每条材料的两旁铣出4个标准8mm的圆孔，深10mm左右，圆孔必须是关于 Y轴对称。 A面加工完后的效果图如图7所示，两端的4个大圆孔将用以反面（B面）加工装夹时的定位孔。
5.B面定位装夹
A面加工完后，底板无需拆除，也不用重新分中，加工原点不变，对装夹底板作进一步的加工处理，以便在加工 B面时进行装夹定位，方法如下。
（1）以 A面编程时的4个定位圆孔中心的位置，编程序对底板钻出4个直径5.1mm的孔，并人手攻M6螺丝牙，然后锁上4个M6内六角螺丝，标准M6内六角螺丝头的直径为10mm左右，接着编程序，把4个螺丝头铣至直径为7.95mm，并用挫刀去除批锋，这样，这4个螺丝头就可以与铝型材的4个 B面装夹加工定位孔相配合，实现 B面加工的精确定位装夹，前期工作就完成了（图8）。
（2）以零件的2个孔编程序，在底板2边分别钻出8个直径为5.1mm的孔，在其中一边人手攻M6螺丝牙，然后锁上8个M6内六角螺丝，接着编程序，把4个螺丝头铣至直径为4.5mm，并用挫刀去除批锋（图9）。
加工 B面时，把铝材翻过来，把 A面4个8mm圆孔对准底板上的螺丝头，用胶锤敲打铝材进去，完成 B面的定位，然后用沉头螺丝把铝材收紧在底板上，完成装夹。分析一下，由于编程铣削顶面（ A面）特征、铣削 A面定位圆孔、铣削底板上定位螺丝头、铣削顶面（ B面）特征时，加工原点都相同，是同一个中心，所以加工出来的零件顶面跟底面中心是重合的。这种方法比逐个零件加工顶面，接着做夹具定位加工底面的方法要快速和准确的多。
6.对零件B面（底面）进行编程加工
零件反过来装夹好后，即可对 B面（底面）进行编程序加工，编程及加工工艺关键点与 A面（顶面）相似，但有一处工艺必须注意，那就是最后的切断步骤。 A面加工到最后一刀时，由于铝材还是一整条料，还是锁在底板上，因此不用担心零件会松动。但加工 B面到最后一刀切断时，零件与铝材会彻底分离开来。假如不先把零件锁紧在底板上，零件会在将近完全切断时飞出去，导致损坏报废。所以程序在走到切断一步前，要暂停下来，由于零件上本身有1个通孔已加工出来，可以在通孔上穿上1个M3内六角螺丝，把零件锁紧在底板上，底板上相应位置要预先钻孔攻牙（图10）。假如零件没有通孔，可以考虑用压板压住零件，但切断就要分两次进行，不然就会切到压板了。
五、结语
本文主要探讨了用加工中心批量生产门锁把零件的一种方法。与用压铸模具生产零件的方法相比较，它避免了在小批量零件制造时要开模具的不经济性，生产周期大大缩短。同时，正确的装夹定位及合理的加工工艺使加工出来的零件有较高的精度及表面光洁度，这是压铸工艺所达不到的。而且，挤出铝型材的致密度比较高，所加工出来的零件的强度比压铸件要高。另外，这种方法是区别于一般的单个零件机加工生产的，它可以批量的生产出一床零件，如果机床的工作台够大，底板就可以做大些，一次可以排上几条铝材，则加工的效率进一步提高，换刀次数相对减少。最后如果零件的侧面有特征要加工，例如有圆孔要钻，则零件在 B面切断独立后，要制造夹具，装好零件再加工了。
一、项目的引入
中山市小榄镇作为全国五金制品生产基地，五金类产业是小榄镇的重要经济支柱，而制锁产业又是五金制品类的重要组成部分，在小榄镇工业产业中占据着重要的地位。
数控技术应用是我校的主干专业，产教结合是本专业常用的教学模式，从企业引入生产项目是实施产教一体化的有效方式。图1所示是为国外客户定做的门锁把零件，是多种门锁把零件中的其中一种，是我校从一大型制锁企业中引入的生产加工项目。下面我就以该项目为例，谈谈如何用加工中心高效实现对该门锁把的批量生产。
项目要求如下。
（1）采用铝合金材料，加工生产成高亮的铝合金产品，而且生产数量不多，只有800多件，款式较多，这只是多种款式中的一种。
（2）客户对铝合金门锁把零件的要求比较高：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0.02mm内；第二，外观要求较高，表面光洁度要达到较高的等级，然后通过阳极氧化着色，使色彩变得光亮。
二、解决方案
（1）方案一：先开压铸模，然后通过压铸机压铸出产品。
即先根据产品的要求和特征设计并制造出压铸模具，装上压铸机压铸出产品。这种方法的优点是批量生产的零件尺寸稳定性较好，加工余量比较少，节约材料，经济性比较好。缺点是：就本项目来说，总共只有800多件，批量太少，在这种情况下假如还按常规的开模压铸进行生产的话，成本就会很高，而且开模的周期也比较长。另外，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进行生产，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。显然，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，采用这种生产方案既不科学，也不经济，无法满足客户的要求，为客户提供合格的产品。
（2）方案二：利用加工中心直接批量生产。
笔者经过生产实践，利用数控加工中心，根据零件的结构特征，采用合理的加工工艺及科学的定位装夹，完成产品的生产与加工。
三、门锁把零件的工艺分析
1.建立产品模型
根据要求，建立产品的三维模型，即建模过程，通过建立模型，才能做好工艺分析和加工。常用的方法是采用专业软件完成产品三维图形的构建，使用MasterCAM、Pro/ENGINEER等常用软件。由于零件较为复杂，用MasterCAM直接构建模型难度较大，且MasterCAM基于参数化图形生成过程相对较弱，一旦有错，修改起来较为麻烦，但其加工能力却很强。Pro/ENGINEER是基于参数的图形生成过程，建模及修改都很方便，但其加工能力相对较弱。为此，采用取长补短的方法，用Pro/ENGINEER构建模型后，转到MasterCAM进行加工。
2.分析模型，确立加工工艺
由模型简化分析，门锁把零件主要由顶面（ A面）和底面（B面）组成（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、突台等特征，是典型的3轴加工，加工时只要正反面装夹两次加工即可。通过分析模型的特征， A面零件的两端有两个平整面，作反面加工时容易定位装夹，且各有一个特征孔，刚好可以作为加工 B面的最后一刀（切断）时的锁定及定位孔（图3）。因此，加工的基本思路是开出一整块铝材，在数控加工中心上装夹好，先编程加工所有铝材的 A面特征，完成后反过来装夹加工所有铝材B面特征。
四、门锁把零件的数控加工工艺过程
通过制定合理、科学的工艺过程，加工时要解决以下几个关键难点：批量生产的加工方案；快速的正反面装夹；正反面装夹时的准确定位（两次装夹零件的中心必须重合）；最后一刀的零件切断分离（ B面加工的最后一刀，零件与铝材即将分离时，要保证铣削力不会让每个工件发生位移甚至飞离工作台）。
1.零件批量生产的方案
通过建立模型的边界盒，零件的长、宽、高分别是72mm×227.69mm×62.5mm（图3），确定单条铝材的大小为768mm×266mm×65mm。由于单个零件在长度方向的尺寸不大，一条铝材可以排8个零件（即可以加工8个零件，图4），选用一台1000×800的加工中心，一次可装夹2条铝材，一次装夹即可完成16个零件的单面加工，生产效率还是比较高的。
材料采用6063牌号铝合金挤压型材，挤压型材是市场上可以直接购回的，由于型材采用高压挤压出来，材料的至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，综合考虑后选用之。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8个零件去锯断，一条铝材排8个零件，生产800多件零件就要锯出100多条材料。
2.装夹底板的制作
数控铣的装夹非常重要，夹具设计的好坏及装夹是否合理、科学将直接影响零件加工的质量及生产效率。夹具的设计要尽量的简单、易于使用，且成本要低，这样才能做到生产效益的最大化。
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。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2个大面，放机床上装夹好；③四边铣出直边，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（图5）。钻出这几个定位孔的目的是用来快速装夹锁紧工件。 3.A面的装夹与加工
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。由于称。 A面加工完后的效果图如图7所示，两端的4个大圆孔将用用同一个钻孔程序，底板与铝材两端的定位孔完全重合，从而以反面（B面）加工装夹时的定位孔。 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。
4.对零件A面（顶面）进行编程加工
现可以对零件 A面进行编程，具体的编程步骤不是本文所述重点，不作详细探讨，但有几个关键的加工工艺要点如下。
（1）选刀。
铣削铝零件和铣模具的选刀原则一样，即充分运用大刀开粗小刀清角原则，粗加工要选择直径足够大并有足够的切削能力的刀具快速去除材料；精加工要使用较小的刀具，能加工到每一个角落，把工件结构形状完全加工出来。由于铝合金相对钢铁材料较软，故进给率和吃刀量可较大，以8mm平刀为例，进给可以取3000mm/min， Z轴每次进给可取0.5～0.8mm。由于是使用加工中心，有刀库可以换刀，所以编程时可根据零件的实际形状选用不同的刀具。
（2）光刀。
由于零件要求较高的表面光洁度，光刀时要选用新刀具，最好是螺旋角达到55°的铝合金专用刀具，同时进给率打慢一点，则出来的效果就会很光亮。
（3）加工B面加工装夹定位孔。
A面的特征铣削加工完成后，必须在每条材料的两旁铣出4个标准8mm的圆孔，深10mm左右，圆孔必须是关于 Y轴对称。 A面加工完后的效果图如图7所示，两端的4个大圆孔将用以反面（B面）加工装夹时的定位孔。
5.B面定位装夹
A面加工完后，底板无需拆除，也不用重新分中，加工原点不变，对装夹底板作进一步的加工处理，以便在加工 B面时进行装夹定位，方法如下。
（1）以 A面编程时的4个定位圆孔中心的位置，编程序对底板钻出4个直径5.1mm的孔，并人手攻M6螺丝牙，然后锁上4个M6内六角螺丝，标准M6内六角螺丝头的直径为10mm左右，接着编程序，把4个螺丝头铣至直径为7.95mm，并用挫刀去除批锋，这样，这4个螺丝头就可以与铝型材的4个 B面装夹加工定位孔相配合，实现 B面加工的精确定位装夹，前期工作就完成了（图8）。
（2）以零件的2个孔编程序，在底板2边分别钻出8个直径为5.1mm的孔，在其中一边人手攻M6螺丝牙，然后锁上8个M6内六角螺丝，接着编程序，把4个螺丝头铣至直径为4.5mm，并用挫刀去除批锋（图9）。
加工 B面时，把铝材翻过来，把 A面4个8mm圆孔对准底板上的螺丝头，用胶锤敲打铝材进去，完成 B面的定位，然后用沉头螺丝把铝材收紧在底板上，完成装夹。分析一下，由于编程铣削顶面（ A面）特征、铣削 A面定位圆孔、铣削底板上定位螺丝头、铣削顶面（ B面）特征时，加工原点都相同，是同一个中心，所以加工出来的零件顶面跟底面中心是重合的。这种方法比逐个零件加工顶面，接着做夹具定位加工底面的方法要快速和准确的多。
6.对零件B面（底面）进行编程加工
零件反过来装夹好后，即可对 B面（底面）进行编程序加工，编程及加工工艺关键点与 A面（顶面）相似，但有一处工艺必须注意，那就是最后的切断步骤。 A面加工到最后一刀时，由于铝材还是一整条料，还是锁在底板上，因此不用担心零件会松动。但加工 B面到最后一刀切断时，零件与铝材会彻底分离开来。假如不先把零件锁紧在底板上，零件会在将近完全切断时飞出去，导致损坏报废。所以程序在走到切断一步前，要暂停下来，由于零件上本身有1个通孔已加工出来，可以在通孔上穿上1个M3内六角螺丝，把零件锁紧在底板上，底板上相应位置要预先钻孔攻牙（图10）。假如零件没有通孔，可以考虑用压板压住零件，但切断就要分两次进行，不然就会切到压板了。
五、结语
本文主要探讨了用加工中心批量生产门锁把零件的一种方法。与用压铸模具生产零件的方法相比较，它避免了在小批量零件制造时要开模具的不经济性，生产周期大大缩短。同时，正确的装夹定位及合理的加工工艺使加工出来的零件有较高的精度及表面光洁度，这是压铸工艺所达不到的。而且，挤出铝型材的致密度比较高，所加工出来的零件的强度比压铸件要高。另外，这种方法是区别于一般的单个零件机加工生产的，它可以批量的生产出一床零件，如果机床的工作台够大，底板就可以做大些，一次可以排上几条铝材，则加工的效率进一步提高，换刀次数相对减少。最后如果零件的侧面有特征要加工，例如有圆孔要钻，则零件在 B面切断独立后，要制造夹具，装好零件再加工了。