聚四氟乙烯微小零件的高精度铣削加工方法

1前言

聚四氟乙烯支撑介质是微带卫星平台天线的关键部件，因为支撑介质的加工精度直接影响微带线的组装精度，进而影响组装后微带线的平整度，进而直接影响天线增益方向图等电性能指标。因此，研究聚四氟乙烯支撑介质的铣削工艺对整个微带天线具有重要意义。介绍了一种通过选择合适的刀具和切削参数、采用一次装夹、预留工艺梁和应用辅助支撑来提高零件加工质量的方法。

2加工难点分析

1)零件整体尺寸小，精度高。PTFE支撑介质的结构尺寸如图1所示。支撑介质为4.2mm×4.2mm L形异形零件，最薄处仅为0.36mm，零件最小公差要求仅为0.02mm在切削过程中，当切削力超过材料所能承受的极限时，工件会产生振动，进一步加工会导致工件报废。零件的异形、小尺寸和高精度给装夹和铣削加工带来了很大的困难。

2)材料刚性低，易变形。支撑介质的材料为聚四氟乙烯SFB-2，白色，无嗅无味，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑性和不粘性、电绝缘性和良好的耐老化性。但同时，这种材料存在弹性模量大、刚性低、抗拉强度低、热膨胀系数高的缺点。如果在加工过程中采用不当的装夹方式，零件会产生很大的变形，甚至被压坏；如果采用不当的铣削方式，会导致零件严重切削，尺寸严重超差；如果选择的刀具和切削参数不合适，被加工材料的热变形会很严重。聚四氟乙烯SFB-2的物理性能见表1。

3加工方案

针对尺寸小、精度高、刚度低、受热易变形的特点，从装夹方式、刀具和切削参数的合理选择、加工结构刚度的提高、加工工序的合理安排四个方面提出了加工方案。

3.1夹紧模式

由于零件结构薄弱，强度和刚度低，二次装夹必然导致零件变形报废。因此，采用一次装夹加工零件，并用聚四氟乙烯支撑装夹介质。PTFE SFB-2棒用于加工支撑介质，棒的第一部分被夹紧在自定心卡盘上，并且通过旋转卡盘铣削待加工的端部。在这种夹紧方式的情况下，夹紧力施加在聚四氟乙烯柱段上，不会引起被加工零件的变形，可以避免因夹紧变形而引起的零件尺寸超差。同时，在这种装夹方式下，零件加工后与柱段铣削分离，一步加工成型，避免了拆卸后二次装夹造成零件报废。

3.2刀具和切削参数的选择

聚四氟乙烯零件一般用大前角、大螺旋角的刀具加工。较大的前角和螺旋角使刀具更锋利，减少切削力引起的工件变形，减少切削热引起的聚四氟乙烯尺寸膨胀。一般刀具转速控制在3000 ~ 5000 r/min，进给速度控制在300 ~ 800 mm/min。刀具速度和进给速度的匹配可以降低切削热和切削力，从而降低零件切削后的应力和工件的变形。刀具参数、切割参数见表2。

3.3提高加工刚性

由于PTFE材料的高弹性模量和低刚性，在铣削过程中预留了工艺加强，以减少一次切削面积，增强2.2mm槽的加工刚性，确保槽宽图和厚度(0.36±0.02)mm符合要求。图3示出了用于提高加工刚性的技术加固的设计。

为了提高加工刚性，在待加工工件的底部粘结一层金属片作为辅助支撑。与金属板条粘结，提高了被加工零件的刚性，减少了切削力引起的变形，提高了零件的加工精度。

3.4合理安排加工程序

支撑介质为L形异形零件，由加工中心加工而成。该零件外轮廓尺寸为4.2毫米×4.2毫米×1毫米，选用φ10毫米聚四氟乙烯棒作为毛坯进行加工。具体流程内容如下。

1)用自定心卡盘将棒料定位夹紧，用铣刀在棒料端部加工一个4.2毫米×4.2毫米×6毫米的凸台。

2)用φ1.5mm端铣刀加工厚度为1mm的工件，L形暂不加工，工艺强化如图3所示。

3)铣刀应加工宽图槽，以保证零件厚度(0.36±0.02)mm..

4)工件底部贴502胶金属片，提高加工刚性。加工零件L的形状，切掉3.2毫米×3.2毫米的余料

5)从聚四氟乙烯棒上切下零件。

6)去毛刺和钝化零件。

按照这种加工程序对零件进行铣削加工，充分利用毛坯余量作为工艺梁，提高了工件的切削刚性，解决了支撑介质的加工问题。

4结果和效益分析

通过一次装夹，安排合理的加工程序，加上工艺梁和粘接辅助金属片进行支撑，实现了支撑介质零件的生产。加工后的支撑介质实物(见图11)完全满足图纸要求，为用该部件组装的S波段四臂螺旋测控天线和双极化收发天线的性能可靠性提供了有力支持。两种天线每年可创造效益约900万元，具有可观的经济价值。

5结束语

根据小尺寸、低刚度、高精度聚四氟乙烯支撑介质零件的加工特点，采用一次装夹、设计工艺梁结构、增加辅助支撑的方法，实现了零件的高质量、高合格率加工。该加工方法具有很好的推广应用价值，对类似异形聚四氟乙烯零件的加工具有重要的借鉴意义。