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摘要：通过二轴弯曲臂结构件铣削加工工艺分析，对易造成零件变形等影响零件加工质量稳定性的因素，优化二轴弯曲臂结构件加工工艺流程，设计简单专用支撑夹具，控制零件装夹变形量，实现二轴弯曲臂结构件优质高效稳定的生产。
关键词：二轴弯曲臂；铣削加工；装夹方法
一、工艺特点分析
该零件材料为ZL104，为达到零件的要求，在精加工之后对零件进行冷热循环处理，该特殊工艺由用户自己来完成。从图1可以看出该零件壁薄肋薄且中间的型腔空心，刚性差，零件长度尺寸752.5mm，尺寸精度0.035mm、形位公差要求及表面粗糙度要求较高。此外，铸件的加工余量大，特别是零件A面、B面两圆平面内腔，去除余量高达6mm以上，壁薄肋薄在结构上容易产生变形，大的加工余量使加工过程中较易产生加工应力而引起形变，这两个方面最为直接地影响尺寸精度和位置精度。在零件检测方面，用户要求在测量平台上，以右端A平面为基准面，测量左端B平面与之高度差40mm，变动范围是±0.1mm。因此，左右两端圆平面的平面度直接影响到加工结果和测量结果。这是加工过程的难点。
二、零件产生变形的原因分析
由于零件材料为铸铝，加工时产生的热量很小并且有充足的切削液冷却，所以首先排除热变形的影响。加工过程分析：粗加工A、B平面，图1所示，从零件的受力分析看，由于该零件的臂长度尺寸较大，壁厚较薄，中间臂又为空心型腔，臂薄肋薄强度不足的情况下受力压紧会凹进去，而两端A、B平面凸出，产生挠曲变形，零件的变形量远超过了加工预留余量。所以，二轴弯曲臂的臂中间不能采用压板装夹。为了克服加工过程中切削力产生的零件移动或者旋转，压板必须施以较大的压紧力，而大的压紧力导致了零件自身的变形。这也是为什么用压板装夹薄板薄壁零件加工时易变形不易保证平面度的主要原因。
通过分析，影响该零件变形的主要原因在于铣削加工过程中装夹、压紧时受力大小、受力方向和受力点。为保证二轴弯曲臂结构件加工质量，提高加工效率，必须增加零件加工刚性的支撑方式。
三、加工工艺方案
由于零件加工内容较多，具体加工工序10余道，这里仅就加工工序的主要流程进行说明，其他具体加工细节不再赘述。加工工艺方案：铸造→粗加工A、B面（去除浇冒口、飞边毛刺、去除两端A、B平面内大孔的加工余量，留余量2mm；保证A、B两个平面的高度差为40mm）→粗、精加工C、D平面（C、D平面粗、精加工，保证表面质量；保证台阶高度2±0.03mm；保证各高度尺寸）→钻孔、攻丝（先钻中心孔，后用麻花钻钻孔，保证孔的位置精度）→精加工A、B面（精加工A、B面内大孔直径，保证尺寸、位置及表面精度；保证A、D两面及B、C两面的厚度尺寸精度）→钻孔、攻丝（先钻中心孔，后用麻花钻钻孔，保证孔的位置精度）→检测尺寸精度、位置精度及表面粗糙度→最终表面热处理（用户自己完成）。
四、加工工艺方案及装夹方法设计
加工工艺方案：铸造→粗铣A、B平面（图2所示，用高度差为45mm的两个圆柱Φ130mm和Φ100mm分别支撑C、D两个毛坯面，粗铣削A、B平面，见光即可，留余量，保证高度差为40mm。注意点：压板压紧的位置为两圆柱支撑的顶面，受力方向是垂直于两个支撑圆柱，臂的中间不受力）→粗、半精铣A、B平面内大孔直径（分别留余量1mm）→粗、精加工C、D平面（工件调头装夹。用高度差为40mm，外径尺寸与A、B平面内半精加工后大孔直径相配合的两个圆柱支撑；只剩下一个方向的自由度没有限制，用压板压紧，如图3所示。注意点：压板压紧的位置为两个圆柱支撑的顶面，臂的中间不受力。C、D平面粗、精加工，保证表面质量；保证台阶高度2±0.03mm；保证其他高度尺寸）→钻孔、攻丝→精加工A、B面（工件调头装夹。用高度差为45mm的两个圆柱Φ130mm和Φ100mm分别支撑C、D两精基准面精加工，用两个定位销固定C、D面支撑位置。精加工A、B面内大孔直径，保证尺寸、位置及表面精度；保证A、D两面及B、C两面的厚度尺寸精度）→钻孔、攻丝→检测尺寸精度、位置精度及表面粗糙度→最终表面热处理。
使用了新设计的装夹方法后效果显示：零件精加工完成后，测量A、B平面的高度差为40.0mm，两平面的平面度、平行度控制在尺寸允许变动的范围之内，有效的克服了因夹紧力导致零件的变形影响。利用该装夹方法我们完成了本批产品零件和另外一种长度尺寸为800mm、外形类似零件的加工，全部符合图样要求，取得了良好的效果。
五、总结
通过二轴弯曲臂结构件粗、精加工工艺中正确的装夹方法设计创新，为同类型产品的生产提供了新的装夹方法，提出了零件的正确定位，夹具的优化设计对生产的重要性，大大提高了产品的加工效率，在教学实践中也得到了广泛运用。
参考文献：
[1]李文东.高速铣削薄壁件加工变形控制及工艺优化研究[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2012：1-2.
[2]张琳，何永红.一种高精度易变形U型悬臂结构件的加工方法[J].学术论文，2013，06（3）：35-37.
[3]高民栋.防止铝件加工变形的工艺方法[J].金属加工，2009，（14）：30-31.
关键词：二轴弯曲臂；铣削加工；装夹方法
一、工艺特点分析
该零件材料为ZL104，为达到零件的要求，在精加工之后对零件进行冷热循环处理，该特殊工艺由用户自己来完成。从图1可以看出该零件壁薄肋薄且中间的型腔空心，刚性差，零件长度尺寸752.5mm，尺寸精度0.035mm、形位公差要求及表面粗糙度要求较高。此外，铸件的加工余量大，特别是零件A面、B面两圆平面内腔，去除余量高达6mm以上，壁薄肋薄在结构上容易产生变形，大的加工余量使加工过程中较易产生加工应力而引起形变，这两个方面最为直接地影响尺寸精度和位置精度。在零件检测方面，用户要求在测量平台上，以右端A平面为基准面，测量左端B平面与之高度差40mm，变动范围是±0.1mm。因此，左右两端圆平面的平面度直接影响到加工结果和测量结果。这是加工过程的难点。
二、零件产生变形的原因分析
由于零件材料为铸铝，加工时产生的热量很小并且有充足的切削液冷却，所以首先排除热变形的影响。加工过程分析：粗加工A、B平面，图1所示，从零件的受力分析看，由于该零件的臂长度尺寸较大，壁厚较薄，中间臂又为空心型腔，臂薄肋薄强度不足的情况下受力压紧会凹进去，而两端A、B平面凸出，产生挠曲变形，零件的变形量远超过了加工预留余量。所以，二轴弯曲臂的臂中间不能采用压板装夹。为了克服加工过程中切削力产生的零件移动或者旋转，压板必须施以较大的压紧力，而大的压紧力导致了零件自身的变形。这也是为什么用压板装夹薄板薄壁零件加工时易变形不易保证平面度的主要原因。
通过分析，影响该零件变形的主要原因在于铣削加工过程中装夹、压紧时受力大小、受力方向和受力点。为保证二轴弯曲臂结构件加工质量，提高加工效率，必须增加零件加工刚性的支撑方式。
三、加工工艺方案
由于零件加工内容较多，具体加工工序10余道，这里仅就加工工序的主要流程进行说明，其他具体加工细节不再赘述。加工工艺方案：铸造→粗加工A、B面（去除浇冒口、飞边毛刺、去除两端A、B平面内大孔的加工余量，留余量2mm；保证A、B两个平面的高度差为40mm）→粗、精加工C、D平面（C、D平面粗、精加工，保证表面质量；保证台阶高度2±0.03mm；保证各高度尺寸）→钻孔、攻丝（先钻中心孔，后用麻花钻钻孔，保证孔的位置精度）→精加工A、B面（精加工A、B面内大孔直径，保证尺寸、位置及表面精度；保证A、D两面及B、C两面的厚度尺寸精度）→钻孔、攻丝（先钻中心孔，后用麻花钻钻孔，保证孔的位置精度）→检测尺寸精度、位置精度及表面粗糙度→最终表面热处理（用户自己完成）。
四、加工工艺方案及装夹方法设计
加工工艺方案：铸造→粗铣A、B平面（图2所示，用高度差为45mm的两个圆柱Φ130mm和Φ100mm分别支撑C、D两个毛坯面，粗铣削A、B平面，见光即可，留余量，保证高度差为40mm。注意点：压板压紧的位置为两圆柱支撑的顶面，受力方向是垂直于两个支撑圆柱，臂的中间不受力）→粗、半精铣A、B平面内大孔直径（分别留余量1mm）→粗、精加工C、D平面（工件调头装夹。用高度差为40mm，外径尺寸与A、B平面内半精加工后大孔直径相配合的两个圆柱支撑；只剩下一个方向的自由度没有限制，用压板压紧，如图3所示。注意点：压板压紧的位置为两个圆柱支撑的顶面，臂的中间不受力。C、D平面粗、精加工，保证表面质量；保证台阶高度2±0.03mm；保证其他高度尺寸）→钻孔、攻丝→精加工A、B面（工件调头装夹。用高度差为45mm的两个圆柱Φ130mm和Φ100mm分别支撑C、D两精基准面精加工，用两个定位销固定C、D面支撑位置。精加工A、B面内大孔直径，保证尺寸、位置及表面精度；保证A、D两面及B、C两面的厚度尺寸精度）→钻孔、攻丝→检测尺寸精度、位置精度及表面粗糙度→最终表面热处理。
使用了新设计的装夹方法后效果显示：零件精加工完成后，测量A、B平面的高度差为40.0mm，两平面的平面度、平行度控制在尺寸允许变动的范围之内，有效的克服了因夹紧力导致零件的变形影响。利用该装夹方法我们完成了本批产品零件和另外一种长度尺寸为800mm、外形类似零件的加工，全部符合图样要求，取得了良好的效果。
五、总结
通过二轴弯曲臂结构件粗、精加工工艺中正确的装夹方法设计创新，为同类型产品的生产提供了新的装夹方法，提出了零件的正确定位，夹具的优化设计对生产的重要性，大大提高了产品的加工效率，在教学实践中也得到了广泛运用。
参考文献：
[1]李文东.高速铣削薄壁件加工变形控制及工艺优化研究[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2012：1-2.
[2]张琳，何永红.一种高精度易变形U型悬臂结构件的加工方法[J].学术论文，2013，06（3）：35-37.
[3]高民栋.防止铝件加工变形的工艺方法[J].金属加工，2009，（14）：30-31.