0引言
数控技术对于制造业来说是一次革命性的崛起，数控加工在机械加工领域中的普及是越来越广泛，其具有高效率、高精度、高柔性、低劳动强度等优点。先进的数控机床可以实现多轴加工，大大地减少了对人的依赖，但多轴机床的价格却比较昂贵，这对于一些中小企业来讲，也是一笔较大的资金投入。就目前而言，典型零件在数控机床上加工的应用越来越普遍，相关领域也都加大了数控技术加工零件工艺的关注。只有不断创新工艺，才能使普通数控车床上的加工达到多轴机床加工所要求的产品质量和效果，才能使产品质量不断地提高，才能降低成本，增加经济效益。本文通过对一些比较复杂的、加工难度又较高的零件，比如LED灯具的散热器零件，通过对其数控加工工艺的设计，以及在其加工工艺上的不断创新，在普通数控车床上进行加工，同样达到多轴机床加工所要求的质量与效果，这样就能解决一些中小企业不具备先进的多轴数控设备的问题了。
1LED灯具散热器零件
LED（Light-emittingDiode的缩写）灯是指采用半导体发光二极管技术做为发光源的一种新型环保照明产品。LED灯具有省电节能、易控制、免维护、安全环保、使用寿命长等特点，作为一种新型的节能、环保绿色光源产品，必然是未来发展的趋势。1）散热器零件。散热器零件是LED灯具的一个重要元件，其主要的作用就是将LED芯片工作中产生的热量不断地快速导出并散发到外部环境中，使芯片的温度保持在所要求的范围内，从而保证LED灯能够正常工作。在LED灯具中金属散热器零件主要是以铝质材料为主，原因是金属铝的导热系数较高、比重小、易加工、价格便宜，而且铝质散热器完全能满足LED灯散热的要求。目前，较常见的铝质散热器，一般包括压铸铝和拉伸铝散热器两种。压铸铝散热器的模具开发成本较高，二次加工成本偏大。拉伸铝散热器一次加工成本较低，也需要二次加工，二次加工成本也较高，而且形式较单一，产品的报废率高，对加工设备的要求也较高。2）LED散热器零件图。散热器零件是一个回转类零件，有内、外圆柱，有细牙螺纹。
2工艺分析与夹具设计
1）基本思路。高效率、高精度加工是数控机床加工最主要特点之一。尤其在轮廓不规则、复杂的曲线或曲面、多工艺复合化加工和高精度要求的产品加工时，其优点是显而易见的。由于大量的加工操作需要装夹，夹具设计在制造系统中就变得非常重要，它直接影响零件的加工质量、生产率和制造成本。本文通过分析散热器零件的结构特点和加工要求，制定了一套较合理的夹具设计，从而为保证该零件的加工精度将提供一种经济实用的工艺装备。在拉伸铝散热器的二次加工中，我们考虑通过设计专门的加工工艺夹具及应用，对拉伸铝散热器的数控加工及工艺进行改良或创新，来降低二次加工的成本，提高产品的效率，减少产品的报废率，并达到先进的多轴数控加工要求的效果。2）工艺分析。散热器零件毛坯材料为铝合金，其拉铝的规格为64mm×73mm×42mm。材料毛坯由客户直接提供，属于来料加工，大批量生产。LED灯具散热器零件是回转类零件，有内、外圆柱面的加工，有外圆螺纹的加工，在数控车床实现大部分的加工是最高效最经济的做法。作为散热器，最重要的是厚度为2、斜度为2带有不规则弧度的散热铝合金薄片，装夹困难，加工中容易出现变形和毛刺，普通的数控车床和通用夹具无法达到加工要求，因此必须设计出专用的夹具和制定加工方案。3）夹具设计。对散热器零件的图纸和毛坯进行研究后，针对此零件的特殊性，设计了一套专门用于加工该零件的专用夹具和加工方案。铝合金薄片是同向分布的，有间隙的一端（61mm）不能施加夹紧力，但另一端（70mm）有较好的抗力能进行装夹，从而设计了专用夹具1、2，如图3所示。弹簧夹头的一端用铣床加工出用于装夹工件的方形凹槽（如图3所示弹簧夹头1）和圆形凹槽（如图3所示弹簧夹头2），并都用线切割加工出10mm的槽，这样就可以进行弹性装夹。4）第一次装夹。散热器零件加工实行两次装夹，利用设计好的弹簧夹头夹具来进行夹紧。第一次装夹使用的是弹簧夹头1（方形），在带有拉杆的数控车床上进行加工。铝合金薄片是同向分布的，有间隙的一端（64mm）不能施加夹紧力，但另一端（73mm）有较好的抗力能进行装夹。所以弹簧夹头1（方形），前端的方形为73mm×73mm。安装散热器毛坯时不用去找方向，夹具直接夹持毛坯能承受夹紧力的长度为73mm的边。散热器第一次装夹的装夹方法和夹具如图4所示。这样的使用弹簧夹头进行装夹，拆装方便快捷，大大提高了生产效率。5）第二次装夹。对已加工的毛坯底座进行装夹，底座为一整块的材料不容易变形，设计出夹持部分为圆形的弹簧夹头。使用和第一次装夹一样的带拉杆的数控车床加工，进行零件的第二次装夹，加工难度不大。利用夹具2对已加工的毛坯底座进行装夹，散热器的第二次装夹夹具2及装夹方法如图5所示。因零件的底座为一整块的材料不容易变形，设计出圆形夹具进行装夹难度不大。但二次装夹主要是对铝合金薄片进行的加工，在加工过程中由于厚度为2、斜度为2带有不规则弧度的散热铝合金薄片容易变形，容易产生毛刺，而且装夹后直接加工因变形而报废的工件达到90%以上。根据零件的这个特点我们设计了如图6所示的一整套弹簧夹具，其中还包括了定位装置（弹簧夹具2）、夹紧装置（与散热器零件薄片相配合）以及连接螺钉、螺母。先用连接螺钉、螺母把夹紧装置和已经进行第一次装夹加工的毛坯槽对槽地贴合固定，再把它装夹到已经固定在机床上的定位装置上（弹簧夹具2）进行定位装夹，如图6所示。
3加工工艺方案的制定
根据设计出的散热器零件的加工装夹方法，我们可以制定出该零件在普通车床上加工的工艺方案。1）第一次装夹加工步骤：a.首先在加工前，在钻床上加工出散热器零件底面上的准10的通孔，或者在数控车床上用安装在刀架上的准10钻头钻出散热器零件底面上的准10的通孔。b.其次用设计好的夹具1夹住散热器零件毛坯铝合金薄片，夹持长度为32mm，用90°粗车刀来粗加工散热器零件的准61、准70外圆及端面。c.然后再用90°精车刀精加工散热器零件的准61、准70外圆及端面。d.用螺纹车刀加工出散热器零件端头的M61×1.5细牙外螺纹。e.最后用端面槽刀（刀宽不易过大，取3mm，刀刃必须要锋利）粗精加工准56深度为1mm端面槽。2）第二次装夹加工步骤：a.首先用设计的弹簧夹具2夹住散热器零件的准61和准70外圆，夹持长度为10mm。用设计好的夹具3套住散热器零件上的铝合金薄片并用螺钉及螺母锁紧。b.其次用90°粗车刀来粗加工散热器零件准70长为35mm的外圆。c.因铝合金薄片本身较薄，强度较弱，而尖刀加工时参加切削的刀刃与工件接触的面积较小，不易产生变形，所以最后用尖刀来精加工散热器零件零件准70长为35mm的外圆。
4加工工艺的创新
根据前面所述的加工工艺方案进行加工，散热器零件每件工件的加工时间约为6min/件，虽然尺寸和表面粗糙度要求都符合了客户的要求，但零件加工效率却较低，特别是在第二次装夹，除了比较耗时间外，而且装夹后直接加工因变形而报废的工件达到了90%以上。为了能更好地提高零件的成品率，减少零件的加工成本，减少每件零件的生产时间，我们在原有加工工艺的基础上进行了改良与创新。
4.1灌蜡工艺
散热器铝合金薄片容易变形是因为材料硬度不高，结构单薄，我们考虑能不能在散热器零件薄片间灌入其他材料使其填满空隙后再进行加工，这样不就能够解决工件变形的这一难题了吗？但是对于灌入工件的材料应该便于清洗，而且不能够对工件的材质有影响，因此我们初步拟定使用灌蜡的方法。首先将加热熔解液态的蜡均匀覆盖于零件的内表面和空隙处，冷却后与工件成为一个整体,实现对零件的进一步保护。零件加工完成后把零件放到60℃以上的热水中就可以去除零件上附着的蜡，待水温冷却，蜡结成块状又可以完成蜡的回收，从而降低成本。
4.2具体的步骤
待蜡凝固后，散热器铝合金薄片部分就成为一个整体，这样在数控加工过程中就免去了夹紧装置，还有连接螺钉、螺母等夹具，第二次装夹变得简单，节约了不少时间,零件加工完成后是融蜡的过程，用60℃以上的热水对工件进行泡浸，然后进行晾干。这样加工出的零件合格率也大大地得到了提高。最后加工完成的散热器零件如图8所示。
4.3改良后工艺分析
与方案一相比，改良后的方案二有较明显的优越性，而且实际按照方案二进行的散热器零件的加工效率也得到了提高。将蜡灌入散热器之后再进行加工，可以直接使用夹具进行装夹，不再使用夹紧装置、连接螺钉、螺母来夹紧固定，减少了装夹工序的时间。加工的工件不容易产生变形和毛刺，加工出零件的效果比原来的加工方法要好，时间更快，大约每3min就可以完成一件零件加工，生产效率提高50%，成本却降低了，符合当代先进的加工生产要求。散热器零件的加工质量也能达到多轴数控机床所要求的，解除了一些中小企业没有多轴加工设备的遗憾。
5结语
本文通过介绍使用普通数控车床来加工LED灯散热器零件，第一次工艺方案是通过设计专门的夹具装夹后进行加工，取得了成功。为了更好地提高零件的加工效率，缩短劳动时间，降低报废率，在实际加工中，我们对原加工工艺方案又重新进行了改良和创新，引用了当代的新工艺，即灌蜡技术。通过引用了灌蜡技术后，加工零件的时间大大减少了，由原来的6min/件，提高到了3min/件，而且减少了工件的变形和毛刺的产生，报废率减低了20%，大大提高了生产效率并节约了成本，取得更好的经济效益。通过本文所举的例子，尝试对一些典型零件在普通数控车床上加工时可以进行加工工艺的创新，或者可以对一些比较复杂的、加工难度较高的零件通过设计专用的夹具，不断提高零件的精准度、光洁度、质量、效率，以达到多轴加工要求的效果。
作者：吴志清 单位：广州工程技术职业学院
