一种薄壁板类零件的加工工装及加工工艺的制作方法

1.本发明涉及工装夹具技术领域，尤其是涉及一种薄壁板类零件的加工工装及加工工艺。


背景技术：

2.薄壁板类零件因为重量轻，强度高，耐热耐腐蚀，广泛应用于半导体设备、机械手、真空等领域。这类零件尺寸大、壁薄，加工中容易产生变形且不容易保证零件尺寸及形位公差。
3.传统的薄壁板零件加工方案为：下料-粗铣外形及上下面上的沉槽（通过来回倒压板）-去应力热处理-通过四周粘硅胶固定工件，半精铣上下平面-精铣上下面沉槽（通过倒压板）-通过四周粘硅胶固定工件，精铣上下平面-加工上下面所有孔系及精加工沉槽-精工-检验。
4.这类方案由于加工四周时需要多次来回倒压板，加工上下面时需要多次粘硅胶、清理硅胶，增加了辅助时间，导致加工效率低下，成本高居不下，纳期无法满足，没有市场竞争力。
5.目前优化粘硅胶固定的方案也陆续出现，例如一种在中国专利文献上公开的“一种异型薄壁壳体零件加工加工工艺”，其公告号“cn111531333a”，包括备板、粗铣、找正、时效处理、精加工型腔端面、精铣底面与外形、精加工型腔和去除毛坯的步骤。该方案通过在型腔内留工艺圆柱起到支撑和防止震动的作用，却阻挡了铣刀对零件顶面与底面的平面加工，且中部无孔的零件无法采用该工装进行装夹定位，因此仍需要泛用性更广且不影响加工效率的工装及其加工工艺完成对薄壁板零件的快速工装。


技术实现要素：

6.针对现有技术中薄壁板工件工装定位步骤繁琐，完成对薄壁板工件装夹后，却难以保证对工件各表面进行高效加工的问题。本发明提供了一种薄壁板类零件的加工工装，采用设置于工装基板上的多精度模式定位机构对同规格零件进行锁定，并利用多精度模式定位机构可调节调整放料腔的外轮廓面的特点，在进行粗加工、半精加工、精加工等不同加工工序中均能对工件进行精准定位，无需频繁调整装夹精度，优化工装定位工作量，显著提升装夹及加工效率。
7.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种薄壁板类零件的加工工装，包括工装基板和设置于工装基板上的多精度模式定位机构，所述多精度模式定位机构中部设置有放料腔，所述多精度模式定位机构可根据加工精度要求调整放料腔的外轮廓面。放料腔作为待加工工件的安置区，其外轮廓面与待加工工件的外轮廓面重合。多精度模式定位机构包括可满足多种加工精度下的外轮廓定位线，能够确保在不同加工精度要求下，待加工件均能被精确装夹定位，且不影响铣刀等加工工具的加工动作，摒弃传统粘硅胶固定工件的繁琐流程，规避反复拆装调整工装而产生误
差的隐患，且无需在工件上打孔辅助定位，仅通过外轮廓定位即可完全满足各个加工精度工序内的定位要求。本实施例中，待加工件要求为左右对称结构或上下对称结构，满足该要求的待加工件在单面加工完成后可翻转并在此由原工装基板及其上多精度模式定位机构装夹定位；若需加工非对称结构零件，需针对工件正、反两面设计两款手型对称的加工工装，保证零件正反两面均可装夹并正常加工。
8.作为优选，所述多精度模式定位机构包括定位组件和锁紧组件，所述定位组件包括至少两组限位块，限位块的中心点设置有螺接于工装基板的锁定销，所述限位块为包括若干侧边的多边形块，所述限位块通过侧边抵接待加工件。限位块套接于锁定销，且可以锁定销为轴心旋转。限位块通过其任一侧边对待加工件进行抵接限位，至少两组限位块配合对待加工件进行x轴与y轴上的限位。
9.进一步的，所述锁紧组件包括锁紧块，锁紧块的中心点置有偏心螺钉，所述偏心螺钉螺接工装基板，所述锁紧块对应限位块设置为多边形块，所述锁紧块包括若干锁紧边，所述锁紧边抵接待加工件。所述锁紧块形状类似与限位块，亦通过其任一锁紧边对加工件进行限位，与限位件不同的是，锁紧块中部设置有偏心螺钉，偏心螺钉在紧固过程中可使得锁紧块向放料腔内的待加工件进给，完成对待加工件的压紧动作，而锁紧块的进给量则与偏心螺钉的紧固力矩值相关，操作人员根据设计要求调整紧固力矩即可完成对待加工件的压紧，确保后续加工工序顺利进行且工件不会产生位移。
10.作为优选，所述锁紧块厚度小于三分之一待加工件厚度，所述限位块与锁紧块厚度一致。锁紧块以及限位块的厚度均保持尽可能低的数值，避免铣刀进行薄壁板工件的顶面或底面进行加工时互相碰撞，降低多精度模式定位机构对加工工序的干扰。
11.作为优选，所述限位块包括至少三条距中心点距离各不相等的侧边，包括第一侧边、第二侧边和第三侧边。限位块至少有三条侧边，其每条侧边与中心点的距离均不相同，这就使得限位块可根据工艺需要给各工序的工件外轮廓面留存各不相同的加工余量，实现所有精度加工工序在同一套工装上完成。其中第一侧边距中心点的距离对应粗加工工序中零部件的加工余量，第二侧边距中心点的距离对应半精加工工序中零部件的加工余量，第三侧边距中心点的距离则对应精加工工序中零部件的加工余量，具体是否需要增加更多侧边对应更多精度不同的加工工序则需要根据加工要求进行调整。
12.作为优选，所述锁紧块对应第一侧边设置有第一锁紧边，对应第二侧边设置有第二锁紧边，对应第三侧边设置有第三锁紧边，所述第一锁紧边、第二锁紧边和第三锁紧边距离锁紧块中心点距离均不同。所述锁紧块对应限位块设置，其第一锁紧边与第一侧边一样，其距离中心的长度对应粗加工工序中零部件的加工余量，锁紧边配合定位块使用，当工件通过限位块确定基本位置后，与限位块处于同一“精度模式”下的锁紧块被偏心螺钉紧固，完成对工件的压紧锁定，确保后续加工工序正常进行。
13.本技术还公开了采用上述薄壁板类零件的加工工艺，包括以下步骤：1）水切割下料，待加工件置于放料腔内，待加工件的外轮廓与厚度均留加工余量；2）以待加工件底面为定位基准，将限位块的第一侧边及锁紧块的第一锁紧边转向放料腔侧，旋紧锁定销，通过粗加工额定力矩紧固偏心螺钉；粗铣待加工件顶面，并避开多精度模式定位机构粗铣待加工件外轮廓面，铣刀进给深度为二分之一待加工厚度至三分之二待加工件厚度之间；
3）翻转待加工件以顶面为定位基准，保持限位块的第一侧边及锁紧块的第一锁紧边转向放料腔侧并旋紧锁定销，通过粗加工额定力矩紧固偏心螺钉；粗铣待加工件底面，并避开多精度模式定位机构粗铣待加工件外轮廓面，铣刀进给深度为二分之一待加工厚度至三分之二待加工件厚度之间；4）去应力退火；5）以待加工件底面为定位基准，将限位块的第二侧边及锁紧块的第二锁紧边转向放料腔侧，旋紧锁定销，通过精加工额定力矩紧固偏心螺钉；半精铣待加工件顶面，并避开多精度模式定位机构精铣待加工件外轮廓面，铣刀进给深度为二分之一待加工厚度至三分之二待加工件厚度之间；6）翻转待加工件以顶面为定位基准，将限位块的第三侧边及锁紧块的第三锁紧边转向放料腔侧并旋紧锁定销，通过精加工额定力矩紧固偏心螺钉；半精铣待加工件底面，并避开多精度模式定位机构精铣待加工件外轮廓面，铣刀进给深度为二分之一待加工厚度至三分之二待加工件厚度之间；7）翻转待加工件以底面为定位基准，保持限位块的第三侧边及锁紧块的第三锁紧边转向放料腔侧并旋紧锁定销，通过精加工额定力矩紧固偏心螺钉；精铣待加工件顶面，并避开多精度模式定位机构再次精铣待加工件外轮廓面剩余部分；8）再次翻转待加工件以顶面为定位基准，保持限位块的第三侧边及锁紧块的第三锁紧边转向放料腔侧并旋紧锁定销，通过精加工额定力矩紧固偏心螺钉，精铣待加工件底面及其面上的凹坑、孔系；9）对待加工件的表面抛光、去毛刺、洗净处理。
14.与传统加工工艺不同，本发明所公开的工艺方法中，仅通过翻转待加工件即可完成对工件顶面及底面的定位。特别的是，除需要更换更为精细的加工精度，其余翻转工件进行其他表面加工的工序中，无需调整多精度模式定位机构，这极大的节省了操作人员在换装时需要重新寻找基准进行定位的时间；而不仅如此，在上一加工精度的加工工序完成后，传统加工工装需要重新确定基准，重新进行工件定位和锁定，而本技术中，仅需转动限位块至服务于下一加工精度的侧边，转动锁紧块至服务于下一加工精度的锁紧边，即获得新的定位和锁定模式，这再次提升了装夹效率。
15.另外，铣刀进给深度保持在待加工件厚度的二分之一至三分之二之间，这能够避开处于三分之一待加工件厚度一下的锁紧块和限位块，保证不会对多精度模式定位机构产生破坏；同时，铣刀加工深度超过二分之一待加工件厚度，这使得工件顶面及部分外轮廓面加工完毕后，翻转工件进行底面加工时，保证能够对工件剩余外轮廓面进行加工，不会出现遗漏，提升加工效率，避免返工，减少误差产生。
16.因此，本发明具有如下有益效果：（1）采用设置于工装基板上的多精度模式定位机构对同规格零件进行锁定，并利用多精度模式定位机构可调节调整放料腔的外轮廓面的特点，在进行粗加工、半精加工、精加工等不同加工工序中均能对工件进行精准定位，无需频繁调整装夹精度，优化工装定位工作量，显著提升装夹及加工效率；（2）操作人员根据设计要求调整紧固力矩即可完成对待加工件的压紧，确保后续加工工序顺利进行且工件不会产生位移；（3）限位块的每条侧边与中心点的距离均不相同，这就使得限位块可根据工艺需要给各工序的工件外轮廓面留存各不相同的加工余量，实现所有精度加工工序在同一套工装
上完成；（4）铣刀加工深度超过二分之一待加工件厚度，这使得工件顶面及部分外轮廓面加工完毕后，翻转工件进行底面加工时，保证能够对工件剩余外轮廓面进行加工，不会出现遗漏，提升加工效率，避免返工，减少误差产生；（5）该加工方法适用于所有薄壁类工件的加工。
附图说明
17.图1为本发明的结构示意图。
18.图2为实施例1中本发明的主视图。
19.图3为实施例2中本发明的结构示意图。
20.图4为实施例2中本发明的主视图。
21.图5为图4中a-a处的剖面图。
22.图6为实施例2中待加工件的结构示意图。
23.图中：100、工装基板，200、待加工件，201、外轮廓面，202、顶面，203、底面，1、多精度模式定位机构，2、放料腔，3、限位块，31、锁定销，32、第一侧边，33、第二侧边，34、第三侧边，4、锁紧块，41、偏心螺钉，42、第一锁紧边，43、第二锁紧边，44，第三锁紧边，5、凹槽。
具体实施方式
24.下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
25.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
26.实施例1如图1、2所示，一种薄壁板类零件的加工工装，包括工装基板100和设置于工装基板100上的多精度模式定位机构1，所述多精度模式定位机构1中部设置有放料腔2，所述多精度模式定位机构1可根据加工精度要求调整放料腔2的外轮廓面201。放料腔2作为待加工工件的安置区，其外轮廓面201与待加工工件的外轮廓面201重合。所述多精度模式定位机构1包括定位组件和锁紧组件，所述定位组件包括至少两组限位块3，限位块3的中心点设置有螺接于工装基板100的锁定销31，所述限位块3为包括若干侧边的多边形块，所述限位块3通过侧边抵接待加工件200。所述锁紧组件包括锁紧块4，锁紧块4的中心点置有偏心螺钉41，所述偏心螺钉41螺接工装基板100，所述锁紧块4对应限位块3设置为多边形块，所述锁紧块4包括若干锁紧边，所述锁紧边抵接待加工件200。
27.多精度模式定位机构1包括可满足多种加工精度下的外轮廓定位线，能够确保在不同加工精度要求下，待加工件200均能被精确装夹定位，且不影响铣刀等加工工具的加工动作，摒弃传统粘硅胶固定工件的繁琐流程，规避反复拆装调整工装而产生误差的隐患，且无需在工件上打孔辅助定位，仅通过外轮廓定位即可完全满足各个加工精度工序内的定位要求。限位块3套接于锁定销31，且可以锁定销31为轴心旋转。限位块3通过其任一侧边对待加工件200进行抵接限位，至少两组限位块3配合对待加工件200进行x轴与y轴上的限位。所
述锁紧块4形状类似与限位块3，亦通过其任一锁紧边对加工件进行限位，与限位件不同的是，锁紧块4中部设置有偏心螺钉41，偏心螺钉41在紧固过程中可使得锁紧块4向放料腔2内的待加工件200进给，完成对待加工件200的压紧动作，而锁紧块4的进给量则与偏心螺钉41的紧固力矩值相关，操作人员根据设计要求调整紧固力矩即可完成对待加工件200的压紧，确保后续加工工序顺利进行且工件不会产生位移。
28.所述限位块3包括至少三条距中心点距离各不相等的侧边，包括第一侧边32、第二侧边33和第三侧边34。所述锁紧块4对应第一侧边32设置有第一锁紧边42，对应第二侧边33设置有第二锁紧边43，对应第三侧边34设置有第三锁紧边44，所述第一锁紧边42、第二锁紧边43和第三锁紧边44距离锁紧块4中心点距离均不同。
29.本实施例中限位块3为六边形，包括有三条有效侧边，（有效侧边为对加工产生辅助作用的边）其每条侧边与中心点的距离均不相同，这就使得限位块3可根据工艺需要给各工序的工件外轮廓面201留存各不相同的加工余量，实现所有精度加工工序在同一套工装上完成。其中第一侧边32距中心点的距离对应粗加工工序中零部件的加工余量，第二侧边33距中心点的距离对应半精加工工序中零部件的加工余量，第三侧边34距中心点的距离则对应精加工工序中零部件的加工余量，具体是否需要增加更多侧边对应更多精度不同的加工工序则需要根据加工要求进行调整。所述锁紧块4对应限位块3设置为六边形块，其第一锁紧边42与第一侧边32一样，其距离中心的长度对应粗加工工序中零部件的加工余量，锁紧边配合定位块使用，当工件通过限位块3确定基本位置后，与限位块3处于同一“精度模式”下的锁紧块4被偏心螺钉41紧固，完成对工件的压紧锁定，确保后续加工工序正常进行。
30.特别的是，所述锁紧块4厚度小于三分之一待加工件200厚度，所述限位块3与锁紧块4厚度一致。锁紧块4以及限位块3的厚度均保持尽可能低的数值，避免铣刀进行薄壁板工件的顶面202或底面203进行加工时互相碰撞，降低多精度模式定位机构1对加工工序的干扰。
31.本实施例中薄壁板类零件的加工工艺如下：1）水切割下料，待加工件200置于放料腔2内，待加工件200的外轮廓与厚度均留加工余量，外轮廓面201留1mm余量，厚度共留5mm余量；2）以待加工件200底面203为定位基准，将限位块3的第一侧边32及锁紧块4的第一锁紧边42转向放料腔2侧，旋紧锁定销31，通过粗加工额定力矩紧固偏心螺钉41，粗加工额定力矩为1.5n.m；粗铣待加工件200顶面202及其面上的凹坑，并避开多精度模式定位机构1粗铣待加工件200外轮廓面201，铣刀进给深度为二分之一待加工厚度至三分之二待加工件200厚度之间，铣刀直径d12，转数7200r/min，进给：2500mm/min。
32.3）翻转待加工件200以顶面202为定位基准，保持限位块3的第一侧边32及锁紧块4的第一锁紧边42转向放料腔2侧并旋紧锁定销31，通过粗加工额定力矩紧固偏心螺钉41；粗铣待加工件200底面203及其面上的凹坑，并避开多精度模式定位机构1粗铣待加工件200外轮廓面201，铣刀进给深度为二分之一待加工厚度至三分之二待加工件200厚度之间，铣刀直径d12，转数7200r/min，进给：2500mm/min；4）去应力退火；5）以待加工件200底面203为定位基准，将限位块3的第二侧边33及锁紧块4的第二锁紧边43转向放料腔2侧，旋紧锁定销31，通过精加工额定力矩紧固偏心螺钉41，精加工额
定力矩为1.35n.m；半精铣待加工件200顶面202及其面上的凹坑，并避开多精度模式定位机构1精铣待加工件200外轮廓面201，铣刀进给深度为二分之一待加工厚度至三分之二待加工件200厚度之间，铣刀直径d8，转数6500r/min，进给：3000mm/min。；6）翻转待加工件200以顶面202为定位基准，将限位块3的第三侧边34及锁紧块4的第三锁紧边44转向放料腔2侧并旋紧锁定销31，通过精加工额定力矩紧固偏心螺钉41；半精铣待加工件200底面203及其面上的凹坑，并避开多精度模式定位机构1精铣待加工件200外轮廓面201，铣刀进给深度为二分之一待加工厚度至三分之二待加工件200厚度之间，铣刀直径d8，转数6500r/min，进给：3000mm/min；7）翻转待加工件200以底面203为定位基准，保持限位块3的第三侧边34及锁紧块4的第三锁紧边44转向放料腔2侧并旋紧锁定销31，通过精加工额定力矩紧固偏心螺钉41；精铣待加工件200顶面202，并避开多精度模式定位机构1再次精铣待加工件200外轮廓面201剩余部分，铣刀直径d8，转数6500r/min，进给：3000mm/min；8）再次翻转待加工件200以顶面202为定位基准，保持限位块3的第三侧边34及锁紧块4的第三锁紧边44转向放料腔2侧并旋紧锁定销31，通过精加工额定力矩紧固偏心螺钉41，精铣待加工件200底面203及其面上的凹坑、孔系，铣刀直径d8，转数6500r/min，进给：3000mm/min；9）对待加工件200的表面抛光、去毛刺、洗净处理。
33.与传统加工工艺不同，本发明所公开的工艺方法中，仅通过翻转待加工件200即可完成对工件顶面202及底面203的定位，实现所有面的加工；紧固偏心螺钉41时，按照要求力矩值，先紧固限位块3对面的偏心螺钉41，再依次紧固其它偏心螺钉41，确保工件与限位块3可靠贴合。特别的是，除需要更换位更精细的加工精度，其余翻转工件进行其他表面加工的工序中，无需调整多精度模式定位机构1，这极大的节省了操作人员在换装时需要重新寻找基准进行定位的时间；而不仅如此，在上一加工精度的加工工序完成后，传统加工工装需要重新确定基准，重新进行工件定位和锁定，而本技术中，仅需转动限位块3至服务于下一加工精度的侧边，转动锁紧块4至服务于下一加工精度的锁紧边，即获得新的定位和锁定模式，这再次提升了装夹效率。
34.另外，铣刀进给深度保持在待加工件200厚度的二分之一至三分之二之间，这能够避开处于三分之一待加工件200厚度一下的锁紧块4和限位块3，保证不会对多精度模式定位机构1产生破坏；同时，铣刀加工深度超过二分之一待加工件200厚度，这使得工件顶面202及部分外轮廓面201加工完毕后，翻转工件进行底面203加工时，保证能够对工件剩余外轮廓面201进行加工，不会出现遗漏，提升加工效率，避免返工，减少误差产生。
35.本实施例的加工工艺中，锁紧块4材质采用黄铜或铝合金等软性材料，与直接用偏心螺钉41比，压紧面大大增大，不会给工件造成压痕；定位块材质为淬硬钢，定位面经过磨削，接触面更大，不会给工件造成压痕。定位块紧固时应注意，放置工件前，带锁定销31松开，等工件装入后，与定位块可靠贴合后再紧固锁定销31。
36.实施例2如图3、4，5，6所示，本实施例中该零件相较于实施例1中待加工件，尺寸大，且很薄，为对称件，而且一边面上还挖掉很多去重凹槽5，传统技术中加工四周侧面时，采用压板方式加工，压外边，加工里侧面，压里面，铣外侧面，加工上下面时，四周需要涂抹硅胶固定，
而且需要多次翻面加工，辅助时间远远大于加工时间，加工效率低下，而且加工精度不稳定。通过本技术公开的加工工装，利用装夹外轮廓面201能够实现工件侧面与上端或下端面的同步加工，加工效率高，能有效保证极薄壁板类零件基准面的尺寸精度及形位精度，最重要的是，减少由于装夹引起的极薄工件应力反弹变形，装夹方便，稳定可靠。
37.除上述实施例外，在本发明的权利要求书及说明书所公开的范围内，本发明的技术特征可以进行重新选择及组合，从而构成新的实施例，这些都是本领域技术人员无需进行创造性劳动即可实现的，因此这些本发明没有详细描述的实施例也应视为本发明的具体实施例而在本发明的保护范围之内。