聚四氟乙烯微小零件的高精度銑削加工方法

介紹聚四氟乙烯微小零件的高精度銑削加工方法，針對其小尺寸、低剛度及高精度的加工特點，采用一次裝夾的加工方式避免零件變形；通過設(shè)計合理的工藝梁結(jié)構(gòu)和增加輔助支撐，提高銑削過程中工件的剛度；選擇合適的刀具前角、螺旋角及切削參數(shù)，減少切削熱帶來的尺寸變化，提高了零件的加工精度。1

序言聚四氟乙烯支撐介質(zhì)是微帶類衛(wèi)星平臺天線中用于支撐帶線的關(guān)鍵零件，由于支撐介質(zhì)的加工精度直接影響帶線的裝配精度，進而影響裝配后帶線的平面度，從而對天線的增益方向圖等電性能指標有著直接的影響，因而研究聚四氟乙烯支撐介質(zhì)的銑削加工技術(shù)對整個微帶天線具有重大意義。下面介紹一種通過選擇合適的刀具、切削參數(shù)，采用一次裝夾，預(yù)留工藝梁，施加輔助支撐等方式提高零件加工質(zhì)量的方法。2

加工難點分析1）零件整體尺寸小、精度高。聚四氟乙烯支撐介質(zhì)結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所示。支撐介質(zhì)為4.2mm×4.2mm的L形異形零件，最薄部分僅為0.36mm，零件最小公差要求僅為0.02mm。切削過程中，當切削力超過材料所能承受的極限時，工件發(fā)生振顫，繼續(xù)加工會導(dǎo)致工件報廢。零件的異形、小尺寸和高精度給裝夾和銑削過程帶來了很大的困難。

圖1聚四氟乙烯支撐介質(zhì)結(jié)構(gòu)尺寸2）材料剛度低、易變形。支撐介質(zhì)的材料為聚四氟乙烯SFB-2，其特點是白色、無臭、無味，具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性、密封性、高潤滑不粘性、電絕緣性和良好的抗老化性，但同時該材料具有彈性模量大、剛度低，抗拉強度低以及熱膨脹系數(shù)高等缺點。加工時若采用不當?shù)难b夾方式，會導(dǎo)致零件發(fā)生很大的變形，甚至壓潰；若采用不當?shù)你娤鞣绞?，會?dǎo)致零件讓刀嚴重，尺寸嚴重超差；若選用的刀具和切削參數(shù)不合適，會導(dǎo)致加工材料熱變形嚴重。聚四氟乙烯SFB-2材料的物理性能見表1。表1聚四氟乙烯SFB-2材料的物理性能3

加工方案針對支撐介質(zhì)尺寸小、精度高、剛度低及受熱易變形的特點，從裝夾方式、合理選用刀具和切削參數(shù)、提高加工結(jié)構(gòu)剛度、合理安排加工工序四方面提出加工方案。3.1裝夾方式由于零件結(jié)構(gòu)薄弱，強度低、剛度低，二次裝夾必然會導(dǎo)致零件變形、報廢，因此采用一次裝夾的方式加工零件，聚四氟乙烯支撐介質(zhì)裝夾如圖2所示。使用聚四氟乙烯SFB-2棒料加工支撐介質(zhì)，棒料一段裝夾在自定心卡盤上，通過轉(zhuǎn)動卡盤銑削端部待加工部位。在此裝夾方式的條件下，裝夾力施加在聚四氟乙烯柱段部位，不會導(dǎo)致待加工部位發(fā)生變形，可以避免裝夾變形導(dǎo)致的零件尺寸超差。同時在該裝夾方式下，零件加工完成后從柱段上銑削脫離，一次加工成形，避免零件拆卸后二次裝夾導(dǎo)致零件報廢。

圖2聚四氟乙烯支撐介質(zhì)裝夾3.2刀具與切削參數(shù)選擇聚四氟乙烯零件一般采用大前角、大螺旋升角刀具加工。較大的前角和螺旋角使刀具更加鋒利，減小切削力造成的工件變形，同時減小切削熱造成的聚四氟乙烯尺寸膨脹。刀具轉(zhuǎn)速一般控制在3000～5000r/min，進給速度控制在300～800mm/min。刀具轉(zhuǎn)速和進給速度的匹配可以減少切削熱和切削力，從而減小零件余量切除后的應(yīng)力，減小工件的變形。刀具參數(shù)見表2，切削參數(shù)見表3。表2

刀具參數(shù)

表3

切削參數(shù)

3.3提高加工剛度由于聚四氟乙烯材料彈性模量大、剛度低，因此銑削過程中預(yù)留工藝筋，以減小一次切削面積，增強2.2mm槽的加工剛度，保證槽寬尺寸和厚度尺寸（0.36±0.02）mm滿足要求。圖3所示為設(shè)計工藝筋以提高加工剛度。

圖3設(shè)計工藝筋以提高加工剛度為提高加工剛度，在待加工工件底部粘接金屬片（見圖4）作為輔助支撐。金屬片與棒料粘接在一起，提高了待加工部位的剛度，減小了切削力造成的變形，提高了零件的加工精度。

a）俯視

b）正視

圖4在待加工工件底部粘接金屬片3.4合理安排加工工序支撐介質(zhì)為L形異形零件，使用加工中心進行加工。零件外輪廓尺寸為4.2mm×4.2mm×1mm，選用φ10mm聚四氟乙烯棒料作為毛坯進行加工，具體工序內(nèi)容如下。1）將棒料毛坯使用自定心卡盤定位夾緊，在棒料末端用銑刀加工4.2mm×4.2mm×6mm凸臺（見圖5）。

圖5用銑刀加工4.2mm×4.2mm×6mm凸臺2）使用φ1.5mm立銑刀加工工件厚度1mm尺寸（見圖6），L外形暫不加工，并留有圖3所示工藝筋。

圖6使用φ1.5mm立銑刀加工工件厚度1mm尺寸3）銑刀加工寬槽（見圖7），保證零件厚度（0.36±0.02）mm。

圖7銑刀加工寬槽4）工件底部使用502膠粘接金屬片，以提高加工剛度。加工零件L外形（見圖8），切削3.2mm×3.2mm余料。

圖8加工零件L外形5）將零件從聚四氟乙烯棒料上切斷（見圖9）。圖9

將零件從聚四氟乙烯棒料上切斷6）零件去除毛刺、倒鈍（見圖10）。圖10零件去除毛刺、倒鈍按照此加工工序銑削零件，充分利用了毛坯余量作為工藝梁，提高了工件切削剛度，解決了支撐介質(zhì)的加工難題。4結(jié)果及效益分析通過一次裝夾，安排合理的加工工序，增加工藝梁和粘接輔助金屬片支撐的方式實現(xiàn)了支撐介質(zhì)零件的生產(chǎn)，加工出的支撐介質(zhì)實物（見圖11）完全滿足圖樣要求，為使用該零件進行裝配的S波段四臂螺旋測控天線、雙極化收發(fā)共用天線的性能可靠性提供了強有力的支持。該兩種天線每年創(chuàng)造900萬元左右的效益，具有可觀的經(jīng)濟價值。

圖11支撐介質(zhì)實物5