方玉云 王耀武 金勇 張洪偉（北方機(jī)器有限責(zé)任公司，黑龍江 齊齊哈爾，161000）

變深槽在數(shù)控鏜銑床上的加工

方玉云 王耀武 金勇 張洪偉
（北方機(jī)器有限責(zé)任公司，黑龍江 齊齊哈爾，161000）

本文詳細(xì)介紹了數(shù)控鏜銑床在加工薄壁筒內(nèi)變深槽時(shí)的加工過程以及需要注意的問題，通過結(jié)合試切加工分析，排除干擾因素，確定工件產(chǎn)生變形及振紋的主要因素，并提出解決措施，還自行設(shè)計(jì)了刀桿，確定刀具形式，為類似深孔加工提供一定的參考。

數(shù)控鏜銑床；薄壁筒；變深槽

1 問題描述

薄壁筒是諸多產(chǎn)品中的關(guān)鍵部件。圖1為薄壁筒的剖面圖，該圖的特點(diǎn)是筒內(nèi)有4個(gè)R1均布的圓弧變深槽，槽起點(diǎn)距端面L1mm，終點(diǎn)距端面520mm，內(nèi)孔尺寸φd1，外圓尺寸φD，槽直徑φd2，未加工槽前壁厚差為14.5mm。

該零件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)屬于新型設(shè)計(jì)方案，無加工經(jīng)驗(yàn)，對于如何滿足設(shè)計(jì)要求，需要工藝人員從加工方式選擇、節(jié)約成本等多方面考慮，使得產(chǎn)品最終滿足質(zhì)量要求。

2 加工方案定制

2.1 確定加工思路

薄壁零加工特點(diǎn)：

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(chǎn)生振動(dòng)和變形，影響工件的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度。

3）因工件壁薄，切削時(shí)容易產(chǎn)生熱變形，熱變形對精度影響也極大。

根據(jù)薄壁筒的特點(diǎn)和現(xiàn)有的加工條件，確定在數(shù)控鏜銑床上加工工件。具體加工思路為：采用專用夾具安裝工件，在鏜刀桿上安裝60°鏜刀頭，并將刀頭回轉(zhuǎn)直徑調(diào)為R1，編制程序，按程序走45°直線段，然后走斜線抬出，完成一個(gè)槽加工，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系60°完成下一個(gè)變深槽。以此類推，完成六個(gè)槽的粗、精加工。

2.2 選擇裝夾方式

從薄壁筒的特點(diǎn)分析可知，合理選擇夾緊力的方向和作用點(diǎn)，可以減少夾緊力對工件變形的影響。采用一組圓弧面接觸工件外圓的夾具，在工件進(jìn)刀位置，槽起點(diǎn)處夾緊，另一個(gè)夾緊點(diǎn)在尾端，還需墊上銅皮防止劃傷工件表面，夾緊后用內(nèi)徑百分表檢驗(yàn)夾緊點(diǎn)內(nèi)孔圓度變形在0.1mm以內(nèi)，松開夾具，內(nèi)孔恢復(fù)原先的狀態(tài)。調(diào)整夾緊力過小，則工件會(huì)夾持不住，當(dāng)內(nèi)孔圓度變形為0.08mm時(shí)，工件即可夾緊，松開夾具時(shí)內(nèi)孔彈性變形，不影響工件已定寸的其他尺寸。

圖1 薄壁筒的剖面圖

圖2 鏜刀桿

2.3 確定加工方法

從產(chǎn)品圖分析，外圓尺寸φD，鏜槽直徑φd2，壁厚僅為6.5mm，所以加工時(shí)須采用粗、精加工分開的方法，粗鏜4個(gè)R1至直徑φd2-2，松開起點(diǎn)處夾具，工件精加前夾緊時(shí)，用百分表測量圓度在0.05mm以內(nèi)，在滿足精加工夾緊力的情況下，工件變形量盡量小些，這樣可減小測量誤差。

2.4刀具的確定

2.4.1刀桿的選擇

由于被加工槽的終點(diǎn)距端面520mm，這需要刀桿有效長度最短530mm。雖然山特的刀桿可以組接至該長度，但預(yù)計(jì)造價(jià)4萬多元，成本太高，所以決定自行設(shè)計(jì)刀桿，刀具成本在2千元左右。由內(nèi)孔尺寸φd1、槽深8mm及R1，限制刀桿最大直徑只能為φ70mm，長徑比530：70≈7.57：1，遠(yuǎn)大于4，而且刀桿是細(xì)長桿，為減輕刀桿重量和振動(dòng)，將刀桿設(shè)計(jì)成錐度刀桿。如圖2所示。

2.4.2刀頭的選擇

1）焊接合金刀頭

根據(jù)金屬切削原理與刀具，首選機(jī)夾刀頭，合金涂層刀片，這樣刀片耐用，不易磨損，尺寸容易保證，但是沒有60°機(jī)夾刀頭，而45°機(jī)夾刀頭無法進(jìn)入，故改用焊接合金刀頭，理論上可以走出45°直線，然后斜線出刀。

試驗(yàn)時(shí)選擇參數(shù)：吃刀深度2mm，轉(zhuǎn)速150r/ min，進(jìn)給量10mm/min，走一刀，發(fā)現(xiàn)切削力大，刀桿振動(dòng)，切削過程中雖調(diào)整轉(zhuǎn)速，但進(jìn)給率等都沒有明顯改善，工件表面都是溝痕，說明刀桿伸出太長，硬質(zhì)合金刀雖然硬度、耐磨性、耐熱性均高于高速鋼刀具，但是在刀桿和工件剛性都不好的條件，無法完成切削，刀尖磨損嚴(yán)重，甚至刀具崩刃。經(jīng)過試驗(yàn)可知，采用硬質(zhì)合金刀具不可行。

2）高速鋼刀頭

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(diǎn)，適用于孔加工刀具。細(xì)長刀桿的鏜刀鏜孔，90°主偏角的刀具產(chǎn)生的徑向切削力最小，同時(shí)刀片刃口產(chǎn)生的軸向力最大；45°主偏角的車鏜刀易發(fā)生切削振動(dòng)，因?yàn)楫a(chǎn)生振動(dòng)的徑向切削力與軸向力相等，最容易發(fā)生振動(dòng)。對于工藝系統(tǒng)剛性差的，刀具角度一般為70～92°，且主偏角越大，發(fā)生振動(dòng)的概率越低。

結(jié)合受力分析和刀具材料的特點(diǎn)，改用90°的主偏角刀具，所以首先加工出一個(gè)落刀槽，落刀槽起點(diǎn)距端面258mm，為了減小振動(dòng)和換刀的麻煩，選擇一把標(biāo)準(zhǔn)直角型粗鏜刀桿，該刀桿直徑60mm，安裝高速鋼材質(zhì)的切槽刀后，刀桿有效長度266mm，根據(jù)公式a≈（0.5～0.6） ，則主切削刃寬度≈（0.5～0.6） =6.5～7.8。

主切削刃寬度最大是7.8mm，切槽刀寬度越寬，切削抗力越大，經(jīng)過試切，選擇切槽刀寬為6.5mm ，槽深切至產(chǎn)品圖要求的最小孔徑，然后把45°斜面用后刀尖按程序分粗、精加工兩次切削完成，這樣為90°刀頭創(chuàng)造更大的落刀空間，然后把90°刀頭落在刀槽內(nèi)，走直線，然后斜線出刀。

2.5 編程及切削參數(shù)的確定

由于用單刀鏜圓弧R1是斷續(xù)切削，工藝系統(tǒng)的剛性較差，要求得到較小的表面粗糙度，對于高速鋼刀具而言，可選較低的切削速度，所以切削速度應(yīng)適當(dāng)減小。

根據(jù)產(chǎn)品的長徑比大的特點(diǎn)，精加工時(shí)，要想得到較好的表面質(zhì)量，需降低進(jìn)給速度，通過采取這一措施，在加工中工件沒有產(chǎn)生振動(dòng)，達(dá)到了產(chǎn)品所需要求的表面粗糙度。

依據(jù)SIEMENS操作編程手冊，編制加工程序如下：

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(jù)實(shí)際測量調(diào)整留量參數(shù)?？偝缘读繛?mm，R為4mm時(shí)，留量為4mm；R 為1mm時(shí)，留量1mm，改變RPL數(shù)值，完成四個(gè)槽的加工。

由于高速鋼刀具耐用度較低以及刀桿懸臂長產(chǎn)生讓刀現(xiàn)象，加工的槽進(jìn)刀處與出刀處尺寸不一致，進(jìn)刀處直徑尺寸比出刀處直徑尺寸大0.06mm，表面粗糙度達(dá)到Ra3.2mm。雖然解決刀桿振動(dòng)問題，實(shí)現(xiàn)了加工，但是為了滿足產(chǎn)品圖Ra1.6mm的要求，還需要鉗工拋光。

3 結(jié)語

本文通過對薄壁筒加工工藝的試驗(yàn)驗(yàn)證，摸索出了對薄壁筒件類零件用細(xì)長鏜桿實(shí)現(xiàn)加工的規(guī)律，符合產(chǎn)品要求，降低了加工成本。同時(shí)也為加工同類零件奠定了基礎(chǔ)，并積累了經(jīng)驗(yàn)。該件的試驗(yàn)成功，保證了某產(chǎn)品的試驗(yàn)成功，現(xiàn)已投入初樣炮的正式小批量生產(chǎn)。

（References）

［1］陸劍中. 金屬切削原理與刀具［M］.北京∶機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

［2］ 內(nèi)部資料. SIEMENS操作編程手冊. 北京.