高精度塑性薄板的通孔倒角装夹方法

序言

在薄壁与薄板结构件的设计中，核心目标是在保证结构强度的前提下减轻产品重量。本文以高精度塑性薄板的铣削加工为研究对象，展开分析与探讨。

图1　物镜筒调焦隔圈

如图1所示的物镜筒调焦隔圈，其材料为2A12-T4铝合金。该零件厚度为3mm，加工余量为0.5mm，孔口需加工0.3mm的倒角，表面粗糙度要求达到Ra=1.6μm。零件侧壁与缘条之间通过圆弧结构连接，这种设计导致其刚性较差，在加工过程中面临工件装夹困难、几何公差难以控制等问题，直接影响最终的产品质量。

加工难点分析

该调焦隔圈的壁厚极薄，结构刚性弱、强度低，且缺乏有效的夹持部位。在加工应力和装夹力的作用下，零件极易发生变形，导致尺寸与几何公差难以保证。因此，如何设计合理的工艺方案与工装，并选择正确的装夹方式，成为加工成功的关键。

尽管磨削加工通常能达到较高精度，但对于此类高精度塑性薄板平面却不适用。原因在于，有色金属材料塑韧性好、硬度较低，切削过程中产生的切屑和碎磨粒容易堵塞砂轮，使其丧失切削性能。同时，这类材料无磁性，薄板平面也无法承受直接的压紧力，装夹存在安全隐患。因此，在当前条件下，铣削加工成为更可行的选择。

铣削加工存在的问题

采用常规方法对调焦隔圈进行铣削加工同样面临诸多挑战。通用夹具的特性与零件在装夹时的受力状态，常常导致装夹不牢靠、加工质量不稳定的情况。使用虎钳装夹容易使零件变形，难以保证尺寸公差。若采用压板压紧，虽然接触面积大、受力均衡，但会带来接刀难以控制、工件变形严重的问题。平面铣削时需要移动压板进行分段接刀，接刀处的几何公差同样难以保证。

塑性薄板平面锪孔压紧法

解决方案：为有效控制变形，采用端面与内孔定位，并通过周边4个通孔进行装夹。鉴于零件形状特殊，直接压紧通孔存在困难，因此将孔口加工出0.3mm×45°的微量倒角，利用此倒角结构实现压紧。

图3　零件的装夹

技术原理：如图3所示，零件定位平面与夹具体紧密贴合，以确保定位精度，进而保证零件的尺寸与几何精度。压紧方式是利用沉头螺钉的斜面与通孔孔口的微量倒角接触来实现。关键在于控制孔口倒角的大小，需保证切削深度，并使沉头螺钉斜面沉入零件的尺寸小于该切削深度。

装夹及加工步骤：

• 将夹具安装于机床，并校正其定位表面。

• 在零件周边4个用于装夹的通孔孔口加工倒角，考虑到加工余量，倒角尺寸控制在0.35～0.40mm。倒角大小需一致，过小影响加工余量，过大则可能影响零件最终技术要求。薄板零件应采用小切深，以避免不必要的变形。

• 清洁定位表面及零件安装面。

• 将零件安装于夹具芯子内，找正压紧孔位置，确保定位基准与设计基准重合。

• 将螺钉装入压紧孔，并逐个拧紧。

• 对加工面进行微量铣削。

• 拆卸工件。

操作时需重复上述步骤（从加工倒角到拆卸工件），对0.5mm的加工余量进行多次反复微量切削。通过这种“误差复映”原理，使每次加工产生的误差小于上一次，经过数次铣削后，误差可被逐步减小乃至消除。反复微量切削有助于控制平面度，避免变形。

加工验证

采用上述塑性薄板平面锪孔压紧法，在X52K铣床上对物镜筒调焦隔圈进行加工。使用φ160mm直角端面盘铣刀，并采用微量切削参数。经过多次反复微量切削后检验，加工完成的高精度塑性薄板各项尺寸均符合设计要求。3mm厚度的实际偏差控制在0.015mm以内，两面平行度可控制在0.02mm以内。

结束语

塑性材料零件因其特性无法在磨削中使用电磁铁吸附，而异形结构又限制了真空吸盘的应用。本文通过改进加工方法与装夹方式，提出采用端面与内孔定位、周边通孔微量倒角压紧的方案，成功解决了高精度塑性薄板的装夹与平面铣削难题，满足了零件在尺寸、几何公差及表面质量方面的设计要求，为同类零件的加工提供了有益的参考。