高頻波導(dǎo)零件少無毛刺加工新方法研究

陳閏祥 陳雷 陳言閂

摘要：針對生產(chǎn)中波導(dǎo)內(nèi)腔無毛刺的工藝要求，提出通過合理選用加工工藝參數(shù)的方法抑制毛刺產(chǎn)生，增加去刺路徑實現(xiàn)無毛刺;通過運用有限元切削仿真軟件分析切削加工過程及正交試驗設(shè)計，合理減少試驗次數(shù)，找到了40倍顯微鏡下無毛刺的加工工藝方法。

關(guān)鍵詞：波導(dǎo)腔切削加工;少無毛刺;控制技術(shù)

研究背景

高頻波導(dǎo)內(nèi)腔的微觀毛刺會直接導(dǎo)致駐波增大;該高頻精密零件，內(nèi)腔復(fù)雜，尺寸小而精度高，表面粗糙度要求優(yōu)于Ra0.8，工藝要求在40倍顯微鏡下無毛刺，主要表現(xiàn)為復(fù)雜的內(nèi)腔棱邊及通腔上下棱邊無毛刺且不能有倒角。

使用常規(guī)方法加工，鉗工在40倍顯微鏡下，使用專用工具鏟除內(nèi)腔毛刺，部分腔的棱邊出現(xiàn)了明顯的倒角，由于手工去刺不可避免的產(chǎn)生了劃痕，達(dá)不到工藝要求。

其他去毛刺的方法還有磁力研磨、電解、熱能、超聲波去刺等，這些被動去除毛刺的方法都存在一定的局限性，對于此類高頻波導(dǎo)零件不適用。

少無毛刺加工的對策方案

通過加工仿真軟件篩選加工工藝參數(shù)

根據(jù)分析，可通過不同切削工藝、參數(shù)和刀具參數(shù)控制毛刺，主要以抑制加工中的毛刺為主。整個的切削加工過程復(fù)雜多變，且包含的參數(shù)眾多，一一實驗，需要大量數(shù)據(jù)，成本太高;且對于實際的實驗，只能從結(jié)果分析，對于過程中的變化，難以知悉，一定程度上增加了實驗成本和難度。

此時，可以通過有限元仿真分析的方法先了解切削加工過程，通過輸入不同的參數(shù)，分析加工過程來確定使用何種工藝參數(shù)實現(xiàn)少無毛刺加工。查閱資料發(fā)現(xiàn)，仿真軟件平臺包括Abaqus、Deform、Ansys等通用軟件平臺，以及專業(yè)的切削仿真軟件Third Wave Advantedge，該專用軟件可以降低切削建模難度，提高計算效率，便于應(yīng)用。

故，可通過軟件仿真，確定相應(yīng)的參數(shù)后，再通過實際實驗驗證仿真結(jié)果的可靠性。從銑削方式、刀具幾何參數(shù)、加工工藝參數(shù)等方面用軟件仿真分析加工過程中毛刺的大小變化情況，簡要步驟如下：

下圖是在軟件中建立的仿真模型。

使用正交試驗選擇合適切削加工參數(shù)

前述實驗表明，切削用量的選擇對毛刺的影響大，需要對Ap切深、F走刀速度、S轉(zhuǎn)速、精銑余量對毛刺的影響進(jìn)行實驗。小組成員為了節(jié)約實驗成本，決定采用正交實驗的方法進(jìn)行實驗。其主要要弄清楚小直徑立銑刀精加工時加工參數(shù)Ap切深、F走刀速度、S轉(zhuǎn)速以及精銑余量對波導(dǎo)腔內(nèi)毛刺的影響?？疾飚a(chǎn)生毛刺后，去除毛刺的時間（分鐘）。

通過分析，確定本試驗需考察S轉(zhuǎn)速、F走刀速度、Ap切深、徑向余量、軸向余量、切削順序這六個因素，本實驗設(shè)計共有6因素，選用兩種位級，可選擇L8（27）正交表來安排實驗。

將各因素兩種位級數(shù)據(jù)填入正交表，分別進(jìn)行試驗，然后分析試驗結(jié)果，一般正交試驗需要兩次以上的調(diào)優(yōu)試驗（此處不贅述），最后確定最佳切削參數(shù)。本次試驗通過正交試驗法的多次試驗驗證，得到了最優(yōu)切削參數(shù)：切削順序，逆銑;S轉(zhuǎn)速：20000 rpm;F走刀速度：2000mm/min;Ap切深0.2mm;徑向余量 0.03mm;軸向余量0.04mm。

在加工設(shè)備上驗證加工參數(shù)及效果

試驗使用高速銑削加工中心機床MIKRON HSM 800LP，最高主軸轉(zhuǎn)速4000RPM，主軸徑向跳動和軸向竄動均在5μm 以內(nèi)，使用硬質(zhì)合金立銑刀φ2，φ1，φ0.5刀具，分別編制加工程序進(jìn)行試驗，確定前述參數(shù)加工后的毛刺效果，并在影像測量儀上放大40倍，查看毛刺效果，如下圖示。

如上圖，在切削加工中容易產(chǎn)生毛刺的棱邊，在40倍顯微鏡下毛刺極微小。通過多次試驗，其毛刺狀態(tài)的穩(wěn)定性好。試驗發(fā)現(xiàn)，在抑制毛刺的產(chǎn)生后，對于剩下的少量毛刺，在銑削時增加去毛刺工藝路徑，可確保加工后實現(xiàn)40倍顯微鏡下無毛刺。

結(jié)束語

本文圍繞如何控制微觀條件下波導(dǎo)內(nèi)腔無毛刺的工藝要求，運用少無毛刺的切削加工技術(shù)，通過探索和實際應(yīng)用，運用有限元切削仿真軟件分析切削加工過程，通過設(shè)計正交試驗，合理減少試驗次數(shù)，找到了40倍顯微鏡下無毛刺的加工工藝，為類似零件的加工提供了新途徑。此次，由于客觀條件限制，未對刀具幾何參數(shù)對少無毛刺銑削的影響進(jìn)行分析研究。

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