機(jī)械零件切削加工有什么優(yōu)化方法

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優(yōu)化完善加工流程

 

在實(shí)際加工過程中，發(fā)現(xiàn)在加工中產(chǎn)生的變形量比想象中的更嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為腹板和壁厚太薄。采用的切削方式?jīng)]有問題，但由于工藝凸臺(tái)留的較少，很難控制變形，因而加工第一件零件時(shí)會(huì)很費(fèi)時(shí)間。基于變形的原因，有些部位在三五坐標(biāo)分別數(shù)控加工時(shí)，銜接不是很好，鉗工的工作量較大，共用時(shí)9天。

 

圖4為首次加工時(shí)預(yù)留的凸臺(tái)定位塊，可以看出，外圈有4處壓點(diǎn)，內(nèi)圈留2處連接筋。

 

總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，更改和完善工藝流程，在首件加工完成后進(jìn)行第1次更改，具體如下：

 

①控制變形量：增加毛料與零件連接筋的數(shù)量（外圈9個(gè)，內(nèi)圈8個(gè)），連接處20寬，以增加零件強(qiáng)度和加工穩(wěn)定性，控制變形量；

 

②鉆沉頭螺栓：在毛料連接處鉆孔，采用沉頭螺栓壓緊�？梢越档瓦\(yùn)用刀具的長(zhǎng)度，以便加強(qiáng)零件加工的穩(wěn)定性，提高加工效率；

 

③調(diào)整加工順序：將加工順序根據(jù)第1件實(shí)際加工后的情況進(jìn)行調(diào)整，便于操作及尺寸控制；

 

④增加測(cè)量工序：由于外形角度較大，利用樣板檢測(cè)內(nèi)外形，尺寸難以檢測(cè)，為了保證零件的正確性，提測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行零件內(nèi)外形及筋條位置的檢測(cè)；

 

⑤轉(zhuǎn)角插銑：為了提高加工效率及產(chǎn)品質(zhì)量，轉(zhuǎn)角采用插銑，以免大刀粗加工后轉(zhuǎn)角余量大，精加工時(shí)打刀，傷及零件。

 

⑥擴(kuò)孔加工：在加工腹板上的減輕孔時(shí)，要注意編程順序，中心下刀，一圈一圈向擴(kuò)銑，避免薄腹板切傷；

 

⑦切斷工藝耳片：將預(yù)留的工藝耳片進(jìn)行切除，用小刀先進(jìn)行軸線分層，再進(jìn)行徑向分層加工，避免帶傷零件。

 

圖4  首次加工所留連接筋

 

在首件加工完成后，對(duì)加工方案再次進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后所連接筋見圖5。調(diào)整后不但有效控制了變形量，而且加工效率得到了明顯的提高，只用時(shí)4天，大大減弱了鉗工的工作量。（首次加工時(shí)，用時(shí)9天）。具體調(diào)整步驟如下：

 

①在毛料的中間位置增加2個(gè)沉頭螺栓，以免零件在最后切斷時(shí)中間毛料轉(zhuǎn)動(dòng)，打傷刀具，切傷零件；

 

②粗銑外形時(shí)，刀具不抬起，將外圍毛料整體切斷，這樣粗加工外形、外圈在毛料外進(jìn)刀，軸向均勻分3層，每1層直接走1周，到壓緊的內(nèi)置螺釘處，繞過去，不抬刀；內(nèi)圈也采用這種方式加工。調(diào)整后，減少45次抬刀，45次進(jìn)刀和45次空走刀，共節(jié)省時(shí)間約150分鐘（見圖6）。

 

③補(bǔ)銑腹板和精銑筋條程序在粗銑外形前進(jìn)行，可以保證補(bǔ)銑腹板尺寸，有效保證筋條與腹板的接刀差。

 

 

航空領(lǐng)域中機(jī)加零件的材料主要有鋁、鈦合金和不銹鋼3種�？蝾惲慵�和梁類零件的材料以鈦合金為主，鋁合金材料及不銹鋼材料為輔。

 

鈦合金材料特點(diǎn)：強(qiáng)度高，硬度高，彈性模量低，高溫和低溫性能優(yōu)良，耐腐蝕性強(qiáng)。

 

此次加工的零件形狀為大直徑圓形單面多槽，其筋條、緣條及腹板厚度較薄，因而在加工過程中易產(chǎn)生變形，已變形零件的后續(xù)加工有很多麻煩。腹板下陷部位由于轉(zhuǎn)角處R角比較小，為了達(dá)到精度要求，必須選擇小直徑的刀具進(jìn)行精加工到最終尺寸。此零件的毛料狀態(tài)是板材，需要大直徑刀具進(jìn)行粗加工，去除余量。所以在加工中采用什么切削方式來控制變形量是重點(diǎn)及難點(diǎn)。

 

加工中變形量的控制主要采取以下措施：切削方式、加工順序、刀具選擇和夾具的運(yùn)用。

 

1  加工方式

 

零件切削的加工方式是加工中控制變形的一個(gè)重要“參數(shù)”，快進(jìn)切削是控制加工變形的一種重要銑切加工方式，能有效控制加工后零件的變形量。所謂快進(jìn)切削就是在銑切件的表面，盡可能選擇適合的大直徑加工刀具。編程時(shí)，加工參數(shù)要符合所選刀具的加工狀態(tài)，分多層加工，每層的切深要小，一般為1mm，層與層之間的進(jìn)刀方式一般選用圓弧進(jìn)刀或坡走銑。遵循大進(jìn)給、淺切深的原則，既節(jié)省刀具又節(jié)省機(jī)床，加工狀態(tài)穩(wěn)定，加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量較傳統(tǒng)方式都有較大的提高，快進(jìn)切削走刀方式見圖2。

 

2  整體加工流程

 

實(shí)際加工過程中，首先根據(jù)零件的實(shí)際情況和外形樣板設(shè)計(jì)自制工裝，考慮是否需要特殊刀、量具及是否需要申請(qǐng)測(cè)量。其次，編制加工工藝方案及加工流程。由于背面是平板面，而且外形面相對(duì)于正面來說是閉角，所以要設(shè)計(jì)一個(gè)工裝，與預(yù)留凸臺(tái)及下腹板面定位，避免在銑外形時(shí)因五坐標(biāo)機(jī)床擺刀銑而傷及機(jī)床表面和刀具。具體加工流程見圖3。

 

 

 

（1）基準(zhǔn)孔的加工

 

零件數(shù)控加工時(shí)，通常采用兩孔一面作為基準(zhǔn)（利用零件本身具有的兩個(gè)通孔作為加工基準(zhǔn)孔）。此零件不算厚，在加工孔時(shí)，將其鉆通即可，而且都是借用孔（先借用鉆個(gè)定位小孔，后期銑切掉，按數(shù)模銑成兩個(gè)大通孔）。在鉆借用定位孔時(shí)，沒有高精度尺寸的嚴(yán)格要求，容易加工。如果毛料很厚，在加工基準(zhǔn)孔時(shí)加工成盲孔，避免孔太深導(dǎo)致孔垂直度不合格。

 

（2）內(nèi)形粗加工

 

根據(jù)實(shí)際零件狀態(tài)選用大直徑刀具（Φ63R3）進(jìn)行粗加工去除余量。為了減少零件控制變形，粗加工采用快進(jìn)刀片淺切，每層切深1mm，并且需要跨槽加工，即不按順序銑每一個(gè)槽，要先1槽、3槽、5槽……再銑2槽、4槽、6槽……內(nèi)外形的加強(qiáng)筋預(yù)留通過輔助夾具來控制加工變形。

 

（3）精加工及閉角殘留的處理

 

在半精加工時(shí)，根據(jù)槽寬的大小，采用Φ40R3或Φ30R3刀具加工腹板。腹板加工到位后，再保證筋條和緣條的厚度尺寸。筋條與緣條相連接處的R角需要用Φ16R3的刀具保證，避免大直徑刀具加工后的殘留量，此零件在內(nèi)形局部存在閉角。為了保證零件的重量要求，用Φ8R3刀具行切加工閉角殘留處理，以滿足設(shè)計(jì)需要。這樣既保證加工后重量又保證數(shù)控加工后接刀光順。

 

（4）刀具的選擇及切削參數(shù)

 

整個(gè)切削過程中刀具的選擇非常重要。粗加工時(shí)，要選擇大直徑刀具進(jìn)行快進(jìn)淺切，大直徑刀具能提高加工速度；而后選用常用的Φ40R3或Φ30R3的刀具進(jìn)行半精加工，更換刀具后，由于大直徑刀具加工后轉(zhuǎn)角的殘留比較大，精加工時(shí)選擇小直徑的刀具加工時(shí)，轉(zhuǎn)角處要提前處理—轉(zhuǎn)角進(jìn)行插銑。如不處理，粗加工后直接用小刀進(jìn)行精加工，在轉(zhuǎn)角處的吃刀量較大，容易打刀切傷零件。刀具選擇和切削參數(shù)數(shù)值見表1。

航空領(lǐng)域中機(jī)加零件的材料主要有鋁、鈦合金和不銹鋼3種�？蝾惲慵�和梁類零件的材料以鈦合金為主，鋁合金材料及不銹鋼材料為輔。

 

鈦合金材料特點(diǎn)：強(qiáng)度高，硬度高，彈性模量低，高溫和低溫性能優(yōu)良，耐腐蝕性強(qiáng)。

 

此次加工的零件形狀為大直徑圓形單面多槽，其筋條、緣條及腹板厚度較薄，因而在加工過程中易產(chǎn)生變形，已變形零件的后續(xù)加工有很多麻煩。腹板下陷部位由于轉(zhuǎn)角處R角比較小，為了達(dá)到精度要求，必須選擇小直徑的刀具進(jìn)行精加工到最終尺寸。此零件的毛料狀態(tài)是板材，需要大直徑刀具進(jìn)行粗加工，去除余量。所以在加工中采用什么切削方式來控制變形量是重點(diǎn)及難點(diǎn)。

 

加工中變形量的控制主要采取以下措施：切削方式、加工順序、刀具選擇和夾具的運(yùn)用。

 

1  加工方式

 

零件切削的加工方式是加工中控制變形的一個(gè)重要“參數(shù)”，快進(jìn)切削是控制加工變形的一種重要銑切加工方式，能有效控制加工后零件的變形量。所謂快進(jìn)切削就是在銑切件的表面，盡可能選擇適合的大直徑加工刀具。編程時(shí)，加工參數(shù)要符合所選刀具的加工狀態(tài)，分多層加工，每層的切深要小，一般為1mm，層與層之間的進(jìn)刀方式一般選用圓弧進(jìn)刀或坡走銑。遵循大進(jìn)給、淺切深的原則，既節(jié)省刀具又節(jié)省機(jī)床，加工狀態(tài)穩(wěn)定，加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量較傳統(tǒng)方式都有較大的提高，快進(jìn)切削走刀方式見圖2。

 

2  整體加工流程

 

實(shí)際加工過程中，首先根據(jù)零件的實(shí)際情況和外形樣板設(shè)計(jì)自制工裝，考慮是否需要特殊刀、量具及是否需要申請(qǐng)測(cè)量。其次，編制加工工藝方案及加工流程。由于背面是平板面，而且外形面相對(duì)于正面來說是閉角，所以要設(shè)計(jì)一個(gè)工裝，與預(yù)留凸臺(tái)及下腹板面定位，避免在銑外形時(shí)因五坐標(biāo)機(jī)床擺刀銑而傷及機(jī)床表面和刀具。具體加工流程見圖3。

 

 

 

（1）基準(zhǔn)孔的加工

 

零件數(shù)控加工時(shí)，通常采用兩孔一面作為基準(zhǔn)（利用零件本身具有的兩個(gè)通孔作為加工基準(zhǔn)孔）。此零件不算厚，在加工孔時(shí)，將其鉆通即可，而且都是借用孔（先借用鉆個(gè)定位小孔，后期銑切掉，按數(shù)模銑成兩個(gè)大通孔）。在鉆借用定位孔時(shí)，沒有高精度尺寸的嚴(yán)格要求，容易加工。如果毛料很厚，在加工基準(zhǔn)孔時(shí)加工成盲孔，避免孔太深導(dǎo)致孔垂直度不合格。

 

（2）內(nèi)形粗加工

 

根據(jù)實(shí)際零件狀態(tài)選用大直徑刀具（Φ63R3）進(jìn)行粗加工去除余量。為了減少零件控制變形，粗加工采用快進(jìn)刀片淺切，每層切深1mm，并且需要跨槽加工，即不按順序銑每一個(gè)槽，要先1槽、3槽、5槽……再銑2槽、4槽、6槽……內(nèi)外形的加強(qiáng)筋預(yù)留通過輔助夾具來控制加工變形。

 

（3）精加工及閉角殘留的處理

 

在半精加工時(shí)，根據(jù)槽寬的大小，采用Φ40R3或Φ30R3刀具加工腹板。腹板加工到位后，再保證筋條和緣條的厚度尺寸。筋條與緣條相連接處的R角需要用Φ16R3的刀具保證，避免大直徑刀具加工后的殘留量，此零件在內(nèi)形局部存在閉角。為了保證零件的重量要求，用Φ8R3刀具行切加工閉角殘留處理，以滿足設(shè)計(jì)需要。這樣既保證加工后重量又保證數(shù)控加工后接刀光順。

 

（4）刀具的選擇及切削參數(shù)

 

整個(gè)切削過程中刀具的選擇非常重要。粗加工時(shí)，要選擇大直徑刀具進(jìn)行快進(jìn)淺切，大直徑刀具能提高加工速度；而后選用常用的Φ40R3或Φ30R3的刀具進(jìn)行半精加工，更換刀具后，由于大直徑刀具加工后轉(zhuǎn)角的殘留比較大，精加工時(shí)選擇小直徑的刀具加工時(shí)，轉(zhuǎn)角處要提前處理—轉(zhuǎn)角進(jìn)行插銑。如不處理，粗加工后直接用小刀進(jìn)行精加工，在轉(zhuǎn)角處的吃刀量較大，容易打刀切傷零件。刀具選擇和切削參數(shù)數(shù)值見表1。

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