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變深槽在數控鏜銑（xǐ）床上的加工

2016-10-10 來源（yuán）：北方機器有限責任公司作者：方玉（yù）雲王耀武金勇張洪偉

摘要：本文詳細（xì）介紹了（le）數控鏜銑床在加工薄壁筒內變深槽時的加工過程以及需要注意的問題，通過結合試切加工分析，排除幹擾因素，確（què）定工件產（chǎn）生變形及振紋的主要（yào）因素，並提出（chū）解決措施，還自（zì）行設計了刀杆，確定刀具形式（shì），為類似（sì）深孔加工提供一定的（de）參考。

關鍵詞：數控鏜銑床；薄壁（bì）筒；變深槽

1。問題描述

薄（báo）壁筒是諸多（duō）產品中的關鍵部（bù）件。圖1 為薄壁筒的剖麵圖，該圖的特點是筒內有4 個R1 均布的圓弧變深槽，槽起點距端（duān）麵L1mm，終點距端麵520mm，內孔尺（chǐ）寸φd1，外圓尺寸φD，槽直（zhí）徑φd2，未加工槽（cáo）前壁厚差為14.5mm。該零件結構的設計屬於（yú）新型設計方（fāng）案（àn）, 無（wú）加（jiā）工經驗, 對於如何滿足設計要求，需要（yào）工（gōng）藝人員從加工方式選擇、節（jiē）約成本等多方麵考慮, 使得產品最終滿足質（zhì）量要求。

2。加工方案定製

2.1 確定加工思路

薄壁零加工特點：

1）因零件壁薄，受夾緊力易變形，影響工件的尺寸精度和形狀精度。

2）在切削力的作用下，容易產生振動和變形，影響（xiǎng）工件的尺寸精度（dù）、形位精度和表麵粗糙度。

3）因工件壁薄，切削時容（róng）易產生熱變（biàn）形，熱變形對精度影響也極大。

根據薄（báo）壁筒的（de）特點和現有的加工條件，確定在數控鏜銑（xǐ）床上（shàng）加工工件。具（jù）體加工思路為（wéi）：采用（yòng）專用夾具安裝工件，在鏜刀杆上安裝60°鏜刀頭，並將（jiāng）刀（dāo）頭回轉直徑調（diào）為R1，編製程序（xù），按程序走45°直線段，然後走斜線抬出，完成（chéng）一個槽加工（gōng），旋轉坐標係60°完成下（xià）一個變深槽。以此類推，完成六（liù）個槽的粗、精加工。

2.2 選擇裝夾方式

從薄壁筒的（de）特（tè）點分析可知，合理選（xuǎn）擇夾緊力的方向和作用點，可（kě）以減（jiǎn）少夾緊力對工件變形的影響。采用一組（zǔ）圓（yuán）弧麵接觸工件外圓（yuán）的夾具（jù），在工件進刀（dāo）位置，槽起點處夾緊，另一個夾緊點在尾端，還需（xū）墊上銅皮防止劃傷工件表麵，夾緊後用內（nèi）徑百分表檢驗夾緊點內孔圓度變形（xíng）在0.1mm 以內，鬆開夾（jiá）具，內孔恢（huī）複原先的狀態。調（diào）整夾緊力過小，則工件會夾持不住，當內孔圓度（dù）變形為0.08mm 時，工件即可夾緊，鬆開夾具時內孔彈性變形，不影響工件已定寸的其他尺寸（cùn）。

圖1 薄壁筒（tǒng）的剖麵（miàn）圖

2.3 確定加工方法

從產品圖分（fèn）析, 外圓尺寸φD，鏜槽直（zhí）徑φd2，壁厚僅為6.5mm，所（suǒ）以加工時須（xū）采用粗（cū）、精加工分開（kāi）的方法，粗鏜4 個R1 至直徑φd2-2，鬆開起點處夾具，工件精（jīng）加前夾緊時，用百分表測量圓度（dù）在0.05mm 以內，在滿足精加工夾緊（jǐn）力的情況下，工件變形量盡量小些，這樣可（kě）減小測量誤差。

2.4 刀具的確定

2.4.1 刀杆的選擇

由於被加（jiā）工（gōng）槽的終（zhōng）點距端麵520mm，這需要刀杆有效長度最短530mm。雖然山（shān）特的刀杆可以組接至該長度，但預計造價4 萬多元，成本太高，所以決定自行設計刀杆，刀具成本在2 千元左右。由內孔（kǒng）尺寸φd1、槽深8mm 及R1，限製刀杆最（zuì）大直（zhí）徑隻能為φ70mm，長（zhǎng）徑比530 ：70≈7.57 ：1，遠大於4，而且刀杆是（shì）細長杆，為減輕刀杆重量和振動，將刀杆設計成錐度刀杆。如圖2 所示。

圖2 鏜（táng）刀杆

2.4.2 刀頭的（de）選擇

1）焊（hàn）接合金刀頭

根據金屬切削原理與刀具，首選機夾刀頭，合金塗層刀片，這（zhè）樣（yàng）刀（dāo）片耐用，不易磨損，尺寸容易保證，但是沒有60°機夾刀頭，而45°機夾刀頭無（wú）法進入，故改（gǎi）用焊（hàn）接（jiē）合金刀頭，理論上可以走出45°直線，然後斜線出刀。

試驗時（shí）選擇（zé）參數：吃刀深度（dù）2mm，轉速150r/min，進給量10mm/min，走一刀，發現切削力大，刀杆振（zhèn）動，切削過程中雖調整轉速，但進給（gěi）率等都沒有明顯（xiǎn）改善，工件表麵都是溝（gōu）痕，說明刀杆伸出太長，硬質合金刀雖然硬度、耐（nài）磨性、耐熱性均高於高速鋼刀具，但（dàn）是在刀杆和工件剛性都不好的條件，無法完成切削，刀尖磨損嚴重，甚至刀具崩刃。經（jīng）過試驗（yàn）可知，采用（yòng）硬質合金刀具不可行

。

2）高（gāo）速鋼刀頭

采用高速鋼刀頭，高速鋼綜合性能較好，容易刃磨，鋒利刃口等優（yōu）點，適用於孔加工刀（dāo）具。細長刀杆的鏜刀鏜孔（kǒng），90°主偏角的刀具產生（shēng）的徑向切削力（lì）最小，同時刀片刃口產生的軸向（xiàng）力（lì）最大（dà）；45°主偏角的車鏜刀易發生切削振動，因為產生振動的（de）徑向切削力與軸向力相等，最容易發（fā）生振動。對於工藝係統（tǒng）剛性差的，刀具角度一般（bān）為70 ～ 92°，且主偏角越大，發生振動的概率越低。

結合受力分析和（hé）刀具材料的特點，改用90°的主偏角（jiǎo）刀具（jù），所以首先加工出（chū）一個落刀槽，落（luò）刀槽起點距端麵258mm，為了減小振動（dòng）和換刀的麻煩，選擇一把標準直角型粗鏜刀杆，該刀杆直徑（jìng）60mm，安裝（zhuāng）高速鋼材質的切槽刀後, 刀杆有效長度266mm，根據公式a≈(0.5 ～ 0.6) ，則主切削刃寬度≈(0.5 ～ 0.6) =6.5 ～ 7.8。

主切削刃寬度（dù）最（zuì）大是（shì）7.8mm, 切槽（cáo）刀寬度越寬,切削抗力越大, 經過試切, 選擇（zé）切（qiē）槽刀寬為（wéi）6.5mm ，槽深切（qiē）至產品圖要求的最小孔徑，然後把45°斜麵用後（hòu）刀尖按（àn）程序（xù）分粗、精加工兩次切削完成，這樣為90°刀頭創造更大的（de）落刀（dāo）空間, 然後把90°刀（dāo）頭落在刀槽內，走直線，然後斜線出刀。

2.5 編程及切削（xuē）參數的確定

由於用單（dān）刀鏜圓弧R1 是斷續（xù）切削，工藝係統的剛性較差，要求（qiú）得到較小的表麵粗糙度，對於高速鋼刀具而言，可選較低的切削速度，所以切削速度應適當減小。

根據產品的長徑比大的特點，精加工時，要想得到較好的表麵質量，需降低（dī）進給速（sù）度，通（tōng）過采取這一措施，在（zài）加工中工件沒有產生振動，達（dá）到了產品所需要求的表麵粗糙度。

依據SIEMENS 操作編程手冊，編製（zhì）加（jiā）工程序如下：

N10 G54T1D1M3S70; 切槽刀寬6.5mm,

N20 G0X0Y0 R2=0.1

N30 Z10

N40 ROT RPL=0; (0、90、180、270）

N50 G0Z=-L1-1

N60 Y=-36+R2

N70 G1Y=-R1+R2 F10

N80 G0Y=-36+R2

N90 Z=-L1+6

N100 G1Z=-L1Y=-R1+R2 F10

N110 G0Y=-36+R2

N120 Z=-L1+10

N130 G1Y=-R1+R2 Z=-L1

N140 G0Y0

N150 Z100

N160 ROT

N170 M05M00

N180 G54T2D1M3S100; 90°刀頭

N190 G0X0Y0 R=4;（ 4、1、0）

N200 Z100

N210 ROT RPL=0; (0、90、180、270）

N220 G0Z=-L1

N230 Y=-36+R

N240 G1Y=-R1+R F10

N250 Z=-L1-L2

N260 Y=-37+R Z=-L1-L2-56.25

N270 G0Y0

N280 Z100

N290 ROT

N300 M05M30

切槽時（shí）, 程序中R2 根據實際測量調整留量參（cān）數。總吃刀量為8mm，R 為4mm 時，留量為4mm ；R為1mm 時，留量1mm，改（gǎi）變RPL 數值，完成四（sì）個槽的加工。

由於高速（sù）鋼刀具耐用度較低以及刀杆懸臂（bì）長產生讓刀現象，加工的槽進刀處與出刀處尺寸不一致，進刀處直徑尺寸比出刀處直徑尺寸大0.06mm，表麵粗糙度（dù）達到Ra3.2mm。雖然解（jiě）決刀杆振動問題（tí），實現了加工，但是為了滿足產品圖Ra1.6mm 的要求，還需要（yào）鉗工拋（pāo）光。

3。結語（yǔ）

本文通過對薄（báo）壁筒加（jiā）工工藝的試驗驗證，摸索出了對薄壁筒件類零件用細長鏜（táng）杆實現加工（gōng）的（de）規律，符合產品要求，降低了加工成本。同（tóng）時也（yě）為（wéi）加工同類零件奠定了基礎，並積累了（le）經驗。該件的試驗成功（gōng），保證了（le）某（mǒu）產品（pǐn）的試驗成功，現已投入初樣炮的正式小批量生產（chǎn）。

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