一种超薄件高平面度CNC加工工艺的制作方法

本发明涉及精密机械加工，尤其涉及一种超薄件高平面度cnc加工工艺。

背景技术：

1、超薄件是指厚度不大于2mm、且特征长度与厚度之比（径厚比）通常大于50的板类零件，广泛用作半导体设备中的溅射靶材背板、气体分配盘，航空航天领域的薄壁承力板，精密光学与传感器领域的反射镜坯、膜片基体等。超薄件的抗弯刚度与其厚度的三次方成正比，刚度极低，材料去除引起的残余应力再分布、装夹吸附力、切削力与切削热均会使零件产生翘曲或波浪状变形，平面度因此成为超薄件加工中最难控制的指标。

2、中国专利申请，公开号cn114161089a，名称为“一种薄壁铝制连接件的加工方法”，公开了一种通过粗车、粗铣建立基准面，经时效处理去除应力，再依次进行半精铣和精加工以控制薄壁铝制连接件变形的工艺路线。中国专利，公开号cn111730114a，名称为“一种铝合金薄壁腹板结构件的铣削加工方法”，公开了通过零下40℃~零下50℃深冷与90℃~100℃人工时效交替的循环热处理来释放残余应力，并采用正反面粗加工抵消残余应力释放所致变形的铣削方法。上述两件专利文献均采用了应力处理与工艺分段的思路来抑制薄壁件变形，但二者的对象壁厚在1mm以上，工序中未包含对工件面形的在机测量与补偿环节，精加工按固定余量一次走刀完成，无法对残余应力释放造成的局部面形误差进行针对性修正。

3、中国专利申请，公开号cn115007925a，名称为“一种平面度≤0.05mm铝薄板的加工方法”，公开了一种铝薄板的加工方法：将待加工铝薄板用胶水粘结固定于铣床工作台上，对其中一个面进行平行铣削；翻转铝薄板，通过真空吸盘重新固定后对另一面进行平行铣削；通过40°~50°的平行铣削角度及高转速、低进给、小吃刀量的参数组合，使加工后铝薄板的平面度不大于0.05mm。该专利文献采用胶水粘结代替机械夹紧，以减小夹持变形，但其胶层厚度不易控制且固化过程存在收缩应力，单面加工完成后再翻转加工另一面的顺序使两面残余应力释放不对称，且全程未进行在机测量反馈，平面度控制能力停留在0.05mm量级。

4、中国专利申请，公开号cn107263035a，名称为“一种高平面度金属超薄板的加工方法”，公开了一种金属超薄板的加工方法：将初始毛坯加工为带有镂空支撑结构的镂空毛坯，经去应力退火后对超薄板区域依次进行磨削、研磨和抛光；通过线切割分离出超薄板零件毛坯后，利用石蜡或松香蜡在80℃~120℃下经毛细作用渗入镂空支撑结构与零件之间的接合面完成上盘，再对零件外表面加工，最后加热下盘。该专利文献利用同材料镂空支撑结构与蜡上盘工艺抑制了装夹变形与热变形，实现了径厚比50的超薄铜板微米级面形精度，但其工艺路线以磨削、研磨、抛光为主，不适用于需要cnc铣削成形轮廓、台阶、孔系等结构的板类零件；镂空支撑结构需与毛坯一体制备，制备工序多、材料利用率低，且上盘依靠毛细渗蜡，对大径厚比、大面积板材的适用性受限。

5、现有技术虽从不同角度改善了薄板类零件的加工变形控制，但均未将多阶段应力松弛与两面对称交替去除、低变形可重复的相变粘接装夹、以及在机测量—分区补偿—复测的闭环修正三者结合，难以在厚度0.3mm~2mm、径厚比大于50的超薄件上稳定获得不大于0.02mm的平面度。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的在于提供一种超薄件高平面度cnc加工工艺，以在厚度不大于2mm的板类超薄件上，同时控制残余应力释放变形、装夹吸附变形与切削变形，稳定地获得不大于0.02mm的平面度。

2、技术方案：一种超薄件高平面度cnc加工工艺，包括如下步骤：

3、s1、毛坯制备：按零件轮廓尺寸自板材毛坯上切割下料，并在厚度方向的两个面均预留加工余量；

4、s2、对称交替去除加工：在真空吸盘上对毛坯的第一面与第二面交替进行粗加工和半精加工，每完成预设道次的加工后至少进行一次应力松弛处理，直至半成品件的厚度达到目标厚度与精加工余量之和；

5、s3、在机测量与分区补偿精加工：对半成品件当前暴露面进行网格扫描测量，获得平面度分布图，根据所述平面度分布图设定分区补偿量，按所述分区补偿量对所述暴露面进行多道次精加工，单侧每道次的切削深度不大于预设阈值，每完成预设道次后重新扫描测量，并依据重测结果更新所述分区补偿量，直至所述暴露面的平面度满足目标要求；

6、s4、基板上盘：将已完成精加工的暴露面经熔融的相变材料粘接层与工艺基板粘接，所述相变材料粘接层凝固后形成粘接体，将所述粘接体吸附固定于真空吸盘上，使半成品件的未完成面成为当前暴露面；

7、s5、暴露面精加工：对所述粘接体的当前暴露面重复执行步骤s3，直至第一面与第二面的平面度均满足目标要求；

8、s6、下盘取件：解除真空吸盘的负压吸附，加热熔化分离所述相变材料粘接层，获得超薄件。

9、进一步的，所述相变材料粘接层为熔点为40℃~80℃的低熔点合金层或石蜡基相变层；上盘粘接温度高于所述相变材料粘接层材料的熔点5℃~25℃；凝固后的所述相变材料粘接层的厚度为0.03mm~0.2mm；所述工艺基板上设有呈阵列布置的真空通孔，所述真空通孔的孔径为0.3mm~1.5mm、中心距为3mm~10mm。

10、进一步的，所述真空吸盘的吸附面设有弹性补偿层，所述弹性补偿层上呈阵列布置有贯穿的吸附孔，所述吸附孔与所述真空吸盘的负压源连通；所述弹性补偿层的硬度为邵氏a30~a80，所述吸附孔的孔径为0.5mm~2mm、中心距为5mm~20mm；吸附时的负压值为-30kpa~-80kpa。

11、进一步的，所述应力松弛处理为在100℃~180℃保温2h~8h后随炉冷却的低温退火处理，或为振动时效处理。

12、进一步的，步骤s2中，所述交替加工以轮次进行，每一轮次内第一面的去除量与第二面的去除量之比为1:（0.8~1.2），轮次数不少于两轮；沿厚度方向自毛坯中间层起算，相邻两轮次中后一轮次的单道次切削深度不大于前一轮次的单道次切削深度。

13、进一步的，步骤s3中，所述网格扫描测量采用安装于机床的接触式测头或激光位移传感器执行，网格间距不大于5mm；以最小二乘法拟合基准平面，并自测量数据中扣除工件装夹姿态产生的刚体偏移分量。

14、进一步的，所述分区补偿量，其中，zi为第i个测量点相对所述基准平面的高度偏差，为全部测量点高度偏差的平均值，k为分区补偿系数且0.6≤k≤1.0；当前道次第i个测量点处的实际切削深度di=d0+δ’i，其中d0为基础切削深度，δ’i为按剩余偏差更新后的补偿量，且di≤0.02mm。

15、进一步的，步骤s3与步骤s5的精加工均采用顺铣方式，主轴转速为8000r/min~25000r/min，每齿进给量为0.01mm~0.06mm，径向切宽为刀具直径的0.2倍~0.6倍；刀具路径采用自工件中部区域向外缘展开的对称螺旋路径。

16、进一步的，加工过程中采用流量为20ml/h~100ml/h的微量润滑冷却，或采用温度为-20℃~5℃的低温冷风冷却；步骤s5完成后，在保持负压吸附的状态下对工件进行40℃~100℃、1h~4h的低温稳定化处理，随后以不大于5kpa/s的速率缓慢卸除负压。

17、本发明还提供一种超薄件，由上述任一方案所述的超薄件高平面度cnc加工工艺制成；超薄件的厚度为0.3mm~2mm，长度方向尺寸与厚度之比不小于50，平面度不大于0.02mm。

18、有益效果：

19、（1）相变材料粘接层以熔融状态铺展并凝固，液态相变材料可自动填充结合面的微观间隙，粘接层厚度可控且厚度方向受力均匀，凝固过程无固化收缩应力；下盘时仅需加热至熔点以上即可整体分离，结合面无胶水残留，避免了粘结变形与残胶去除工序引入的二次损伤。

20、（2）该工艺将材料去除按轮次分配到两个面，同一轮次内两面的去除量基本相等，残余应力释放产生的弯矩在两面之间相互抵消；配合在粗加工道次之间插入的应力松弛处理，使已释放的残余应力在后续切削前先行稳定，抑制了变形随工序的累积传递。

21、（3）真空吸盘吸附面的弹性补偿层使吸附力以分布面载荷的形式作用于工件及工艺基板，弹性层同时吸收工件底面的局部起伏，避免了刚性吸盘在局部高点处产生的压陷变形，使工件在自由状态下被稳定保持。

22、（4）网格扫描测量获得零件全幅面的平面度分布图，据此计算分区补偿量并逐道次修正，形成“测量-补偿加工-复测”的闭环；每道次切削深度限定在较小数值，切削力与切削热输入均较小，测量、补偿迭代可使面形误差逐次收敛。

23、（5）在负压吸附保持状态下进行低温稳定化处理，并以设定的速率缓慢卸除负压，使零件在接近平衡的状态下脱离吸附，避免了解吸附瞬间应力再分配引起的翘曲。