铣削技术（共12篇）
铣削技术 篇1
0 引言
传统螺纹加工方法主要是采用车刀车削螺纹、或采用丝锥、板牙手工攻丝或套扣。大直径螺纹加工可在数控铣床上,采用单刀镗加工的工艺方法实现,即利用镗刀的转速与螺距的匹配关系进行编程和加工。其优点是不需购置专用刀具,实施快。但是,单刀镗螺纹的加工质量差,刀具磨损快,需要经常来回换刀、磨刀、对刀,加上切削力大,走刀次数多,切削速度很慢,使得加工效率很低。由于刀杆较长,螺纹加工的表面出现颤纹,且加工质量不稳定。
随着数控机床的出现,使得更先进的螺纹加工方法——螺纹数控铣削加工方法得以实现。螺纹铣削加工与传统螺纹加工方式相比,在加工精度、加工效率方面有极大优势,且加工时不受螺纹结构和螺纹旋向的限制,如一把螺纹铣刀可以加工多种不同旋向的内外螺纹。另外,螺纹铣削加工方法本身具有一定的天然优势。由于目前螺纹铣刀的制造材料为硬质合金,加工线速度可达80~200m/min,而高速钢丝锥的加工线速度仅为10~30m/min,故螺纹铣刀适合高速切削,加工螺纹的表面光洁度也大幅提高。高硬度材料和高温合金材料,如钛合金、镍基合金的螺纹加工一直是一个比较困难的问题,主要是因为高速钢丝锥加工上述材料螺纹时,刀具寿命较短,而采用硬质合金螺纹铣刀对硬材料螺纹加工则是效果比较理想的解决方案,可加工硬度为HRC58~62。对高温合金材料的螺纹加工,螺纹铣刀同样显示出非常优异的加工性能和超乎预期的长寿命。对于相同螺距、不同直径的螺纹孔,采用丝锥加工需要多把刀具才能完成,但如采用螺纹铣刀加工,使用一把刀具通过调整数控程序就可实现。在丝锥磨损、加工螺纹尺寸小于公差后则无法继续使用,只能报废;而当螺纹铣刀磨损、加工螺纹孔尺寸小于公差时,可通过数控程序进行必要的刀具半径补偿调整后,就可继续加工出尺寸合格的螺纹。同样,为了获得高精度的螺纹孔,采用螺纹铣刀调整刀具半径的方法,比生产高精度丝锥要容易得多。对于小直径螺纹加工,特别是高硬度材料和高温材料的螺纹加工中,丝锥有时会折断,堵塞螺纹孔,甚至使零件报废;采用螺纹铣刀,由于刀具直径比加工的孔小,即使折断也不会堵塞螺纹孔,非常容易取出,不会导致零件报废;采用螺纹铣削,和丝锥相比,刀具切削力大幅降低,这一点对大直径螺纹加工时,尤为重要,解决了机床负荷太大,无法驱动丝锥正常加工的问题。
1 螺纹数控铣削加工
螺纹数控铣削加工就是通过数控机床运动实现螺纹加工。工作时工件或螺纹铣刀旋转一周,工件或铣刀沿轴向移动一个螺距,即可切出全部螺纹。
1.1 螺纹数控铣机床选择
螺纹数控铣加工时,只要机床是三轴联动数控铣床就能实现。
1.2 螺纹铣刀选择
螺纹数控铣削加工方法采用的是专用刀具——螺纹铣刀。螺纹铣刀是套在心轴上的若干个圆盘铣刀的组合体,外形很像圆柱立铣刀与螺纹丝锥的结合体,如图1所示。但它的螺纹切削刃与丝锥不同,刀具上无螺旋升程。目前最常用的螺纹铣刀有两种,即硬质合金整体螺纹铣刀和机夹式螺纹铣刀,如图1和图2所示。
整体螺纹铣刀在一周上有4~6个切削刃,而机夹式螺纹铣刀在一周上仅有1~2个切削刃,因此,整体螺纹铣刀和机夹式螺纹铣刀在工作时切削用量是不同的。
在选择螺纹铣刀时,螺纹铣刀的齿距(螺纹铣刀上沿铣刀轴线相邻两齿对应两点之间的距离)必须等于被加工螺纹的螺距,而对于内螺纹时,除过上述条件外,还有螺纹铣刀的外径必须小于被加工螺纹底孔孔径的0.8倍。
1.3 螺纹数控铣中铣刀位轨迹
数控铣中螺纹铣刀位轨迹就是等螺距螺旋线,轨迹如图3所示。螺纹铣刀位轨迹数学模型如公式(1)所示。
式中:α∈[0,h.2π/p],h为螺纹深度;
p为螺纹螺距;
xc、yc、zc为螺纹位置坐标;
D为铣万直径;
d为内螺纹大径或外螺纹小径;
δ为加工余量,精加工时如果铣刀有磨损可作为铣刀磨损量进行补偿;
m为内外螺纹控制量,当为内螺纹时,m=-1,当为外螺纹时,m=+1;
n为左右旋螺纹控制量,当为左旋螺纹时,n=-1,当为右旋螺纹时,n=+1。
进刀方式以螺旋线切入,只要进刀螺旋线在要加工的螺纹上方就可以了,退刀方式按直线退出,对内螺纹向中心退出,对外螺纹向外退出。
1.4 螺纹铣削走刀步长
螺纹铣削时,由于刀位轨迹是螺旋线,因此可以直接采用数控系统的螺旋插补指令。但是由于每个数控系统指令格式不同,编程时必须对指令特别熟悉,本文为了使编程简单化,将螺旋线进行直线插补,即根据加工精度按一定的走刀步长将螺旋线拟合成线段。
走刀步长的确定是直线插补刀具轨迹生成的一个基本而重要的问题。走刀步长小,意味着刀具轨迹线上刀位数据的密度大,零件程序膨胀,编程效率下降,更重要的是在一般加工方式下,小步长零件程序的执行会产生进给速度波动和平均速度下降,从而影响表面质量和加工效率。刀位步长过大,意味着刀具轨迹线上刀位数据的密度小,加工效率高,但轮廓逼近精度降低,螺纹表面质量恶化,因此,合理步长的确定是非常重要的。
螺纹铣削的走刀步长与公式(1)里的变量α有关,α的增量越大,走刀步长就越大,加工误差就越大,如图4所示。所以,控制公式(1)里α的增量就可以达到控制加工误差确定螺纹铣削的走刀步长。
当α的增量∆α很小时,相邻两刀位点之间的曲线可以近似为半径为r圆弧,如图4所示。则误差e与允许误差E之间的关系为:
其中:
r为螺纹的公称直径;
E为螺纹加工允许误差。
2 螺纹铣削数控编程系统
根据公式(1)作者开发了螺纹铣削数控编程系统,界面如图5所示。只要知道螺纹的参数、螺纹的位置、铣刀的参数以及加工误差、加工余量就可以自动输出螺纹数控铣削程序。
3 螺纹铣切削参数选择
选择合理的切削参数是提高加工效率、保证螺纹质量、提高刀具耐用度的关键因素。如果参数选择不当,则切削不稳定、刀片崩刃或加工效率太低,最严重的则会影响螺纹的质量。
3.1 走刀速度F
式中:N为主轴转速;
Z为螺纹铣刀每周齿数;
fZ为铣刀每齿进给量。
在铣刀每齿进给量fZ确定后,关键是根据(2)式匹配好走刀速度F与主轴转速N之间的关系。铣刀每齿进给量fZ由经验或铣刀制造厂商提供,一般为0.1~0.2mm/Z。
3.2 切削深度ap
其中m、d、δ含义与公式(1)一样,D初为内螺纹底孔初始直接,外螺纹初始圆柱直径。
切削深度ap在编程时就要确定,通过加工余量δ来控制。切削深度ap的取值一把为1~2mm。
4 结束语
经过实际加工验证,通过螺纹铣削数控编程系统输出的螺纹铣削加工程序加工的螺纹合格,质量好,加工效率高。
摘要：螺纹数控铣削是先进的螺纹加工方法,已成为降低螺纹加工成本、提高效率、解决螺纹加工难题的有效办法,正越来越广泛地被企业所接受。本文对螺纹数控铣削加工技术进行了研究,提出了螺纹铣削刀位轨迹以及走刀步长确定方法,并开发了螺纹铣削数控编程系统。
关键词：螺纹加工,数控铣削,数控编程,螺纹铣刀,加工步长
参考文献
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铣削技术 篇2
课题一数控铣床概述
铣床是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。
数控铣床与加工中心的主要区别：数控铣床没有刀库和自动换刀功能。加工中心就是带有刀库且具有自动换刀功能的数控铣床。任务一 数控铣床的分类
1.按数控系统的功能可分为以下几类（1）经济型数控铣床
经济型数控铣床一般是在普通立式铣床或卧式铣床的基础上改造而来的，采用经济型数控系统，成本低，机床功能较少，主轴转速和进给速度不高，主要用于精度要求不高的简单平面或曲面零件的加工。（2）高速铣削数控铣床
一般把主轴转速在8000~40000r/min的数控铣床称为高速铣削数控铣床，其进给速度可达10~30m/min。这种数控铣床采用全新的机床结构、功能部件和功能强大的数控系统，并配以加工性能优越的刀具系统，可对大面积的曲面进行高效率、高质量的加工。
（3）全功能数控铣床
全功能数控铣床一般采用半闭环或闭环控制，控制系统功能较强，数控系统功能丰富，一般可实现四坐标或以上的联动，加工适应性强，应用广泛。2.按主轴布置形式可分为以下几类（1）立式数控铣床
立式数控铣床的主轴轴线与工作台面垂直，是数控铣床中最常见的一种布局形式。立式数控铣床一般为三左边（X、Y、Z）联动，其各坐标的控制方式主要有以下两种：
①工作台纵、横向移动并升降，主轴只完成主运动。目前小型数控铣床一般采用这种方式。
②工作台纵、横向移动，主轴升降。这种方式一般用在中型数控铣床中。（2）卧式数控铣床
卧式数控铣床的主轴轴线与工作台平行，主要用来加工箱体类零件。一般配有回转工作台以实现四轴或五轴加工，从而扩大功能和加工范围。（3）立卧两用数控铣床
立卧两用数控铣床的主轴轴线可以变换，使一台铣床具备立式数控铣床和卧式数控铣床的功能。这类机床适应性更强，应用范围更广，尤其适合于多种、小批量又需立卧两种方式加工的情况，但其主轴部分结构较复杂。任务二 数控铣床的组成
数控铣床的基本组成见1-1-1图，它由床身、立柱、主轴箱、工作台、滑鞍、滚珠丝杠、伺服电机、伺服装置、数控系统等组成。
床身用于支撑和连接机床各部件。主轴箱用于安装主轴。主轴下端的锥孔用于安装铣刀。当主轴箱内的主轴电机驱动主轴旋转时，铣刀能够切削工件。主轴箱还可沿立柱上的导轨在Z 向移动，使刀具上升或下降。工作台用于安装工件或夹具。工作台可沿滑鞍上的导轨在X 向移动，滑鞍可沿床身上的导轨在Y 向移动，从而实现工件在X和Y 向的移动。无论是X、Y 向，还是Z 向的移动都是靠伺服电机驱动滚珠丝杠来实现的。伺服装置用于驱动伺服电机。控制器用于输入零件加工程序和控制机床工作状态。控制电源用于向伺服装置和控制器供电。
图1-1-1 数控铣床的基本组成
任务三 数控铣床的工装夹具 1.基本要求
在数控铣削加工中一般不要求很复杂的夹具，只要求简单的定位、夹紧就可以了，其设计的原理也与通用铣床夹具相同，结合数控铣削加工的特点，这里提出一些基本要求：
为保证工件在本工序中所有需要完成的待加工面充分暴露在外，夹具要做的尽可能开敞，因为夹紧机构元件和加工面之间应保持一定的安全距离，同时要求夹紧机构元件能低则低，以防止夹具与铣床主轴套筒或刀套、刃具在加工过程中发生干涉。
为保持零件的安装方位与机床坐标系及编程坐标系方向的一致性，夹具应保证在机床上实现定向安装，还要求协调零件定位面与机床之间保持一定的坐标联系。
夹具的刚性与稳定性要好。尽量不采用在加工过程中更换夹紧点的设计，当非要在加工过程中更换夹紧点时，要特别注意不能更换因更换夹紧点而破坏夹具或工件的定位精度。2.常用夹具的种类
数控铣削加工常用的夹具大致有以下几种：
万能组合夹具。适合小批量生产或研制时的中小、小型工件在数控铣床上进行铣削加工。
专用铣削夹具。这是特别为某一项或类似的几项工件设计制造的夹具，一般在年产量较大或研制时非要不可时采用。其结构固定，仅使用于一个具体零件的具体工序，这类夹具设计应力求简化，使制造时间尽量缩短。
多工位夹具。可以同时装夹多个工件，可减少换刀次数，已便于一面加工，一面装卸工件，有利于缩短辅助时间，提高生产率，较适合中批量生产。
气动或液压夹具。适合生产批量较大的场合，采用其它夹具又特别费工，费力的工件，能减轻工人劳动强度和提高生产率，但此类夹具结构较复杂，造价往往很高，而且制造周期较长。
通用铣削夹具。有通用可调夹具、虎钳、分度头和三爪卡盘等。3.数控铣床夹具的选用原则
在选用夹具时，通常需要考虑产品的生产批量、生产效率、质量保证及经济性，选用时可参考下列原则：
在生产量小或研制时，应广泛采用万能组合夹具，只用在组合夹具无法解决十才考虑采用其他夹具。
小批量或成批生产十可考虑采用专用夹具，但应尽量简单。
在生产批量较大的可考虑采用多工位夹具和气动、液压夹具。任务四 数控铣床的功能
各种类型数控铣床所配置的数控系统虽然各有不同，但各种数控系统的功能，除一些特殊功能不尽相同外，其主要功能基本相同。
1.点位控制功能
此功能可以实现对相互位置精度要求很高的孔系加工。
2.连续轮廓控制功能
此功能可以实现直线.圆弧的插补功能及非圆曲线的加工。
3.刀具半径补偿功能
此功能可以根据零件图样的标注尺寸来编程，而不必考虑所用刀具的实际半径尺寸，从而减少编程时的复杂数值计算。
4.刀具长度补偿功能
此功能可以自动补偿刀具的长短，以适应加工中对刀具长度尺寸调整的要求。
5.比例及镜像加工功能
比例功能可将编好的加工程序按指定比例改变坐标值来执行。镜像加工又称轴对称加工，如果一个零件的形状关于坐标轴对称，那么只要编出一个或两个象限的程序，而其余象限的轮廓就可以通过镜像加工来实现。
6.旋转功能
该功能可将编好的加工程序在加工平面内旋转任意角度来执行。
7.子程序调用功能
有些零件需要在不同的位置上重复加工同样的轮廓形状，将这一轮廓形状的加工程序作为子程序，在需要的位置上重复调用，就可以完成对该零件的加工。
8.宏程序功能
该功能可用一个总指令代表实现某一功能的一系列指令，并能对变量进行运算，使程序更具灵活性和方便性。9.数据输入输出级DNC功能
数控铣床一般通过RS232C接口进行数据的输入及输出，包括加工程序和机床参数等。当执行的加工程序超过存储空间时，就应当采用DNC加工，即外部计算机直接控制数控铣床进行加工。10.自诊断功能 自诊断是数控系统在运转中的自我诊断，它是数控系统的一项重要功能，对数控机床的维修具有重要的作用。11.自动加减速功能
该功能是机床在刀具改变运动方向时自动调整进给速度，保持正常良好的加工状态，避免造成刀具变形、工件表面受损、加工过程速度不稳等情形。任务五 数控铣床的工作原理
根据零件形状、尺寸、精度和表面粗糙度等技术要求制定加工工艺，选择加工参数。通过手工编程或利用CAM 软件自动编程，将编好的加工程序输入到控制器。控制器对加工程序处理后，向伺服装置传送指令。伺服装置向伺服电机发出控制信号。主轴电机使刀具旋转，X、Y 和Z向的伺服电机控制刀具和工件按一定的轨迹相对运动，从而实现工件的切削。任务六 数控铣床加工的特点
（1）用数控铣床加工零件，精度很稳定。如果忽略刀具的磨损，用同一程序加工出的零件具有相同的精度。
（2）数控铣床尤其适合加工形状比较复杂的零件，如各种模具等。（3）数控铣床自动化程度很高，生产率高，适合加工批量较大的零件。课题二 数控铣床安全文明生产与操作规程 任务一 数控铣床安全文明生产
1．学生进入实训室实习，必须经过安全文明生产和机床操作规程的学习。2.按规定穿戴好劳动防护用品后，才能进行操作，操作前必须认真检查数控铣床的状况，夹具，刀具及工件夹持必须良好，才能进行操作。如有异常情况应及时报告老师，以防止造成事故。
3.学生必须在老师指定的机床上操作，按正确顺序开、关机，文明操作，不得随意开他人的机床，当一人在操作时，他人不得干扰以防造成事故。
4.加工程序编制完成后，必须先模拟运行程序，进行机床模拟运行时必须将Z向提高一个安全高度。待程序准确无误后，经老师同意后方可进行铣削。
5.机床主轴启动，开始切削前应关好防护门，正常运行时禁止按“急停”、“复位”按钮，加工中严禁开启防护门。
6.拆卸刀具时，要先确认主轴锁定，再松刀，手持刀柄。
7.加工过程中不允许擅自离开机床，如遇紧急情况应按红色“急停”按钮，迅速报告指导老师，经修正后方可再进行加工。
8.学生不得擅自修改，删除机床参数和系统文件。
9.加工完毕后必须进行机床的清洁和润滑保养工作。先按下急停开关，再关闭系统电源，最后关闭机床总电源。
10.禁止未经培训人员操作本机床：未经管理人员许可，禁止操作本机床。11.工量具放置应符合安全文明规定。12.工量具及设备损坏照价赔偿。任务二 数控铣床安全操作规程
1．机床通电后，检查各开关、按键、按键是否正常、灵活，机床有无异常现象。
2．检查电压、气压、油压是否正常、（有手动润滑的部位先要进行手动润滑）。
3．检查各坐标轴是否会参考点，限位开关是否可靠；若某轴在回参考点前已在参考点位置，应先将该轴沿负方向移动一段距离后，在手动回参考点。
4．机床开机后应空运转5min以上，使机床达到热平衡状态。
5．装夹工件时应定位可靠，夹紧牢固，所用螺钉、压板是否妨碍刀具运动，以及零件毛坯是否有误。
6．数控刀具选择正确，夹紧牢固，刀具应该根据程序要求，依次装入刀库。
7．首件加工应采用单段程序切削，并随时注意调节进给倍率控制进给速度。
8．试切削和加工过程中，刃磨刀具、更换刀具后，一定要重新对刀。
9．加工结束后应清扫机床并加防锈油。
10．停机时应将各坐标轴停在中间位置。课题三 数控铣床日常维护及保养 任务一 数控铣床日常维护及保养
（1）保持良好的润滑状态，定期检查、清洗自动润滑系统，增加或更换油脂、油液，使丝杠、导轨等各运动部位始终保持良好的润滑状态，以减小机械磨损。
（2）进行机械精度的检查调整，以减少各运动部件之间的装配精度。
（3）经常清扫。周围环境对数控机床影响较大，如粉尘会被电路板上的静电吸引，而产生短路现象；油、气、水过滤器、过滤网太脏，会发生压力不够、流量不够、散热不好，造成机、电、液部分的故障等。任务二 数控系统日常维护及保养
数控系统使用一定时间以后，某些元器件或机械部件会老化、损坏。为延长元器件的寿命和零部件的磨损周期应在以下几方面注意维护。
（1）尽量少开数控柜和强电柜门
车间空气中一般都含有油雾、潮气和灰尘。一旦它们落在数控装置内的电路板或电子元器件上，容易引起元器件绝缘电阻均下降，并导致元器件的损坏。
（2）定时清理数控装置的散热通风系统
散热通风口过滤网上灰尘积聚过多，会引起数控装置内温度过高，致使数控系统工作不稳定，甚至发生过热报警。
模块二铣外轮廓
例题一:根据图
（一）所示零件图，编写其加工程序，其中坯料90X60X18，材料为铝合金。
图
（一）参考程序如下； %1008 N10 G90 G94 G40 G49 G21 G17 N20 G54 G00 X-10 Y-10 Z80 N30 M03 S500 N40 Z5 N50 G01 Z-3 F40 N60 G01 G41 X15 D01 F100 N70 Y60 N80 G02 X25 Y70 R10 N90 G01 X75 N100 G02 X85 Y60 R10 N110 G01 Y20 N120 G02 X75 Y10 R10 N130 G01 X25 N140 G02 X15 Y20 R10 N150 G01 Z10 N160 G00 G40 X0 Y0 N170 G00 Z80 N180 M30
例题二:根据图
（二）所示零件图，编写其加工程序，其中坯料50X50X20，材料为铝合金。
图
（二）程序如下：
%1002（选用φ10的直柄端面铣刀）N10 G90 G94 G40 G49 G21 G17 N20 G54 G00 X-25 Y-25 N30 Z30 N35 M08 N40 M03 S1000 N50 G01 Z-3 F100 M07 N60 Y0 N70 G02 X0 Y22 I22 J0 N80 G03 X22 Y0 I22 J0 N90 G02 X0 Y-22 I-22 J0 N100 G03 X-22 Y0 I-22 J0 N110 G01 X-30 N120 G00 Z50 N130 M09 N140 M05 N150 M30
模块三铣内轮廓
例题一:根据图
（三）所示零件图，用Φ8 的键槽铣刀，沿双点画线加工深 3mm 的凹槽。
图
（三）参考程序如下； %1003 N5 G90 G94 G40 G49 G21 G17 N10 G54 G00 X0 Y0 Z80 N20 M03 S500 N30 G00 X-25 Y-8.66 N40 Z5 N50 G01 Z-3 F80 N60 G02 X-25 Y8.66 R10 N70 G01 X-10 Y17.32 N80 G02 X-10 Y-17.32 R-20 N90 G01 X-25 Y-8.66 N100 G00 Z80 N110 X0 Y0 N120 M05 N130 M30
例题二:根据图
（四）所示零件图，用Φ8 的键槽铣刀，沿双点画线加工深 3mm 的凹槽。
图
面铣削质量分析 篇3
【关键词】平面铣削;质量分析
平面的铣削是铣床加工中最基本、最重要的工作内容之一，也是进一步掌握铣削其他各种复杂表面的基础。所谓铣平面是指用铣削的方法加工工件的平面。加工中平面质量的好坏，主要从平面的平整度和表面粗糙度两个方面来衡量，分别用形状公差项目的平面度和表面粗糙度值来考核。如下图所示长方体零件，表面的平面度公差为0.05mm（即上表面必须位于距离为0.05mm的两平行平面内），表面的表面粗糙度值Ｒａ应不大于6.3μm。
在铣床上铣削平面的方法有圆周铣和端铣两种,圆周铣是利用分布在铣刀圆柱面上的刀刃进行切削并形成平面的，其主要適用于在卧式机床上用圆柱铣刀加工。端铣是利用分布在铣刀端面上的刀刃进行切削并形成平面的，其主要适用于在立式铣床上用端铣刀加工。用圆柱铣刀加工的平面，其平面度误差的大小主要取决于铣刀的圆柱度误差，故对圆柱铣刀的刃磨要求比较严格，而圆柱铣刀的刃磨比较费时费力，一但刃磨出的刀具略带圆锥或直径不等，将直接影响到我们所加工的零件同时也会影响经济的效益。因而我们学校在实习教学中主要使用X5032和立式摇臂钻铣床（俗称炮塔铣）来加工平面，工件的材料也主要使用HT200，另外所使用的刀排也是自制的平面刀排，在上安装45°小飞刀来实现切削加工。
加工的平面的铣削质量不仅与铣削时所选用的机床、夹具和铣刀质量的好坏有关，还与铣削用量和切削液的合理选用等诸多因素有关。在加工中我们要全面考虑，选择合理的切削用量来确保加工要求。所谓合理的切削用量是指在充分利用刀具的切削性能和机床的使用性能、保证工件加工质量的前提条件下，获得高生产率和低成本的切削加工。不同的加工性质，对切削加工的要求是不一样的。因此，在选择切削用量时，考虑的侧重点也有所区别。粗加工时，应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度。因此，选择切削用量时首先选取尽可能大的背吃刀量；其次根据机床动力和刚性的限制条件，选取尽可能大的进给量；最后根据刀具耐用度要求，确定合适的切削速度。精加工时，首先根据粗加工的余量确定背吃刀量；其次根据已加工表面的表面粗糙度要求，选取合适的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提下，尽可能选取较高的切削速度。
通过检测学生所加工的长方体体零件，发现平面铣削中主要还存在以下一些质量问题：
(1)铣削的长方体零件体表面有单向的弧形刀纹，表面成凹面。
(2)铣削的长方体零件表面有接刀痕。
(3)平面有高低不一的接层。
(4)铣削的长方体表面粗糙度值较大。
探究其产生的原因，主要存在以下几种影响因素：
(1)铣削时主轴轴线与工作台纵向进给方向不垂直（立铣头“零位”不准），铣刀刀尖在工作表面铣出单向的弧形刀纹，表面成凹面。尤其是炮塔铣机床，其立铣头不但可以在水平面内±45°范围内偏转，还可以仰俯±45°，因此我们在加工中不但需要校正水平方向还要校正仰俯是否在“零位”上。
(2)六面体表面有接刀痕的影响因素，它主要是铣削时因条件限制，所使用的平面刀排在装上45°小飞刀后，其直径小于工件被加工面的宽度。在加工中我们一般选用直径为工件宽度1.4～1.6倍的刀排来切削加工，以确保加工需要。
(3)平面有高低不一的接层，其影响因素主要是加工中震动较大。我们在加工中所使用的工件其材料主要是灰铸铁，而铣刀铣削的灰铸铁平面较硬，炮塔铣机床自身刚性、强度又较差，再者加之炮塔铣铣刀杆直径较小、刚性强度较差，故震动较大，引起平面的变形。另一方面，由于工件装夹不牢固，铣削中稳定性差；第三加工中由于疏忽主轴锁紧手柄没有锁紧，在铣削力的作用下，导致主轴上下窜动使平面有高低不一的接层。
(4)导致表面粗糙度值较大的因素：铣削时主轴转数较低、进给量太大，特别是在炮塔铣上加工时其进给速度完全由手摇来控制，加之在进给中产生间歇停顿，从而直接影响到表面粗糙度；另一方面，加工中我们主要使用45°小飞刀，铣刀在刃磨时几何参数不对，导致摩擦增大，从而影响到表面粗糙度。第三，在铣刀旋转时，未降落工作台就退出工件，啃伤工件表面；第四，铣刀虽停止旋转，但没降落工作台就退出工件，划伤工件表面。第五，铣刀在长时间的加工中由于自身的磨损，导致刀具刃口变钝。综上我们可看出，加工中导致表面粗糙度值较大的因素大多可通过操作者正确、细致的操作来避免或减小 。
数控铣削技术理论教学探讨 篇4
《数控编程》这门课是数控专业最主要的专业课之一,要求学生通过本课程学习主要掌握数控车床和数控铣床编程方法,由于车床编程中数控系统设有多种固定循环功能,编程人员只需编出最终加工路线,给出每次切削的被吃刀量或循环次数,系统就会自动生成加工路线,数控车床就会自动地重复切削直到将工件加工到要求的尺寸为止,这样就避免了大量刀位点坐标的计算,大大简化了编程。而铣床编程中除了孔加工有循环指令外,内外轮廓及平面加工中没有循环指令可用,因此编程人员需要根据零件工艺要求,零件轮廓特点,自行设定加工路线和计算刀位点坐标,完成手工编程,工作量非常大。
1 问题的提出及解决的对策
对于学生只需在学习基础的编程方法后,掌握车床中的固定循环指令格式及各代码、参数的含义,在很短时间内就能很快掌握车床编程方法,而铣床编程中不同的零件对应了不同的工艺要求,走到路线及大量的刀位点坐标计算,许多同学认为铣床编程较难,与此同时在许多有关《数控编程》的教材中,铣床编程着重讲编程指令,编程实例不是侧重零件轮廓上各点坐标的计算就是单一的孔加工,学生在拿到稍复杂的零件后还是感到无从下手。
那么,如何让学生很好的掌握铣床编程方法呢?我们可以把加工一般铣床零件的过程贯穿于教学过程中。比如一般铣床零件在加工中,工作人员拿到毛胚后首先应将毛胚表面余量去除以获得达到一定精度要求的表面,我们可以把它称为铣平面,接下来以加工好的表面作为基准面,加工内、外轮廓,我们可以把它称之为挖凹槽、铣凸台。之后如果工件上有孔,可以进行孔加工。因此,可以把铣床理论教学内容划分为以下几部分:
1.1 铣平面
在零件加工中,我们首先应将毛胚表面余量去除,以获得满足精度要求的表面作为下一步加工的基准面。在铣削平面时会遇到以下两种情况:
1)当刀具直径接近待加工面宽度时,可以直接利用G01直线插补指令完成平面铣削如图1所示,当D刀>D面时,只需一刀就能完成平面加工。
2)当刀具直径远远大于待加工面宽度时,如果利用G01直线插补指令编程,需逐步计算出每一步刀位点坐标,这样计算量大且程序较长,这种情况下可以利用行切法完成平面铣削,编程时可利用子程序调用完成程序的编制,如图2所示,将1、2、3、4步走刀程序单独诺列出来加以命名作为子程序,铣平面时可将该子程序调用若干次即可,利用这种方法铣平面时应注意起到点和子程序调用次数的确定。
1.2 挖凹槽、铣凸台
我们常用数控铣床及加工中心采用铣削方式切除工件周围的加工余量,获得零件所需尺寸、形状和表面粗糙度。轮廓加工分为外形轮廓加工即铣凸台和平面型腔加工既挖凹槽。在编程时应注意以下几点:
1)系统程序控制的总是让刀具刀位点轨迹与零件轮廓相重,而铣刀的刀位点通常是定在刀具中心上,若编程时按工件实际尺寸来编程,不考虑刀具半径,这样会使刀具产生过切现象,加工出的工件尺寸不是小了(加工凸轮廓)就是大了(加工凹轮廓)。因此大部分系统都提供自动刀具补偿功能,编程人员可不考虑刀具的半径,直接按图纸给出零件实际尺寸编写程序在程序运行过程中,数控系统会按预先通过MDI手动输入的偏移量,自动使刀具偏出或偏入工件轮廓一个距离,刀具中心的实际刀位点坐标是系统计算出的,这样以来既免去编程人员繁琐的刀位点坐标计算且系统计算精度较高,不但提高了加工精度又简化了编程。
2)在加工凸台或凹槽时,往往刀具走一个轮廓轨迹去除不了全部余量,需将刀具偏出或偏入工件轮廓一定距离按与轮廓相似的轨迹切削几遍,这样大大增加编程难度,一是精度不能保证,二是影响加工效率。利用改变刀补大小的方法编程只需按零件实际轮廓编一个加工程序,通过多次修改刀补大小,刀具会自动偏出或偏入工件轮廓一定距离去除轮廓余量,达到简化编程目的。
3)如果凸台或凹槽周围余量较大,且余量分布集中,我们可以采用子程序调用的方法,去除较大余量,避免逐步编程中大量的刀位点计算,防止程序过长。例如,铣削如图3所示加工一长方形凹槽时,槽内壁间圆弧半径限制了刀具半径(R内壁间圆弧≥R刀),如果要求用一把刀加工完成,刀具半径较小,而余量面积较大,这种情况下就可以先用行切法完成大部分余量的铣削再环切一周即能简化编程又保证了连续切削凹槽内壁达到要求的精度。
1.3 简化编程方法
数控系统为简化编程,提供了多种孔加工的固定循环功能,子程序及宏程序功能,几何图形镜像,旋转及缩放编程功能,编程时充分利用可提高编程效率。
1.3.1孔加工
在铣床上加工零件除了进行铣削外,还可进行钻削、镗削或攻丝等孔加工,这些孔加工刀具都有着相同的动作,先快速定位到孔位上方,再快进到孔上方附近,然后工进到孔底,最后退刀。如果采用G00、G01进行编程,则相同动作重复编写,尤其是加工一组参数相同的孔系时,使程序过长,编程效率低,在FANUC-OM数控系统中,系统提供一组G代码G80-G89,专门用于对孔进行多种形式加工,我们把这些指令称之为固定循环功能指令。在编写孔加工程序时,只需用一个G代码进行定义,就可以完成一连串固定、连续的孔加工动作,简化了编程工作,程序简单易读。
1.3.2子程序
有些零件需要在不同的位置上重复加工同样的轮廓形状,将这一轮廓形状的加工程序作为子程序,在需要的位置上重复调用,就可以完成对零件的加工。
1.3.3旋转、镜像、缩放功能
1)旋转功能
该功能可将编好的加工程序在加工平面内旋转任意角度来执行。
2)镜像功能
当工件具有相对于某一轴对称的形状时,可以利用镜像功能和子程序的方法,只对工件的一部分进行编程作为子程序,然后在主程序的镜像指令中调用,就能加工出工件的整体。
3)缩放功能
该功能可实现用同一个程序加工出形状相同,但尺寸不同的工件。
以上三种简化编程方法都是将工件上相同或相似部分的加工程序作为子程序,然后在主程序的相应指令中调用即可,这样可使编程简化,提高编程效率,节省系统存储空间。如图4所示零件,需在数控机床上铣削出四个腰形通孔,根据这四个腰形通孔的分布特点,可将加工第一象限的腰形通孔程序作为子程序。在主程序中即可用旋转功能也可用镜像功能调用来完成程序的编制。
1.3.4宏程序
随着计算机辅助技术的快速发展,CAD/CAM软件的使用在生产中已越来越普遍。利用CAD/CAM软件自动生成程序可避免大量复杂坐标的计算,编程方便。但由CAD/CAM软件自动生成的程序较长。由于数控机床系统内存有限,因此有时要采用DNC方式在线加工,而采用在线加工又受传输因素的影响,会使生产中出现程序传输速度跟不上机床的加工节拍,造成机床进给断续、迟滞的现象,因此应尽可能通过手工编制程序,例如:对于一些二次非圆曲线(椭圆曲线、抛物线、双曲线、渐开线等)轮廓的加工就可利用宏程序编写,宏程序是根据零件的轮廓形状,找出规律特点,将数学知识与计算机编程语言相结合利用基本计算方法手工编写加工程序。同时宏程序也可用于定义一组相似的加工轨迹,通过改变变量值,简化程序的编程。总之,利用宏程序编程使手工编程更加灵活,方便,使程序短小,调整及修改更方便,提高编程效率。
2 结论
总之,与数控车削相比,数控铣床有着更为广泛的应用范围,熟练掌握数控铣床手工编程方法是保证数控加工高效性的重要因素,也是学习自动编程的基础。将加工一般铣床零件的过程贯穿于理论教学中,把铣床编程理论教学内容划分为铣平面、挖凹槽和铣凸台、简化编程方法三大部分,能使学生更系统,更全面地了解铣床编程的特点和掌握铣床编程的方法。
参考文献
[1]顾京.数控加工编程及操作[M].北京:高等教育出版社,2003.
[2]李占军.数控编程[M].北京:机械工业出版社,2006.
车削铣削实训报告 篇5
经过三周的实训，我们初步认识和学习了车削与铣削的基本加工原理和基本操作，认识到在现代机械制造技术中，零件的加工运用的最普遍的方式就是车削与铣削等等。因为在它在机械加工技术中占有十分的重要地位，我们为了懂的最基本的机械加工方法，我们展开了为期三周的实训。
这三个星期里我们通过加工一个攻丝用的扳手来学习车削与铣削，这个工件虽然比较简单，但它包含了许多我们要学习的内容。
就第一个星期的车削而言，车削就是利用工件的旋转和刀具的进给来对工件的切削，一般用来加工各种带有旋转表面的零件，它可以车外圆，车端面，车槽，钻中心孔，滚花等。而铣削则刚好相反，是通过刀具的旋转来切削的。它一般用于加工平面，沟槽，键槽，铣孔等。这几个动作看似比较简单，但要做到工件漂亮精度高的话，还有许多我们要学习和关注的。
在切削的过程中经常看到有些同学做的很光滑，有的不光滑，自己感觉有些纳闷，不过经过一段时间的认识了解，其实你光不光滑跟几个因素有关，其中转速，进给速度，切削量，以及刀具都有很大关系，一般如果转速相应的快一点进给速度慢一点，切削量小一点的话切削出来的会不较光滑，同样硬度高的刀具车出来的也会光滑些。
要使做出来的工件是一个漂亮的合格产品其中一定离不
开一套正确的加工工艺，在车第一个工件时，老师之所以说要车78mm长，原来就是要遵循加工工艺，以致不会出现接口。在车削过程中老师也多次强调要完成以后才拆卸工件，不然就会出现每一次装夹带来的不同心，从而使工件精度不高。所以说在机械加工过程中都要遵循正确的加工工艺。
浅谈圆锥铣刀的铣削 篇6
关键词 复杂另件 铣削 圆锥铣刀
圆锥铣刀的加工从表面上看就是在圆锥面上加工一个螺旋槽,根据螺旋槽上的螺旋线成型特征不同,可分为等导程圆锥螺旋线和等螺旋角圆锥螺旋线。
由于等导程圆锥螺旋线L(导程)不变,故加工过程中非常方便,但是加工出来的刀刃部分的螺旋角都不相同,那么刀具在切削时切削性能就会起很大的变化,只有在预定直径截面处附近的刀刃较锋利,刀刃的其他部分切削较费力,不仅使加工的表面粗糙度不一致,且刀具刀刃各处的负荷、磨损程度都不一致。刀具的圆锥角2α越大,这一现象越严重。所以本文着重描述等螺旋角圆锥螺旋线的铣削。
等螺旋角圆锥螺旋线 如图1所示,垂直于圆锥轴线的线段O′A,以与轴线交角为β′的螺旋方向绕轴线回转并沿轴向移动时,线段O′A运动形成的曲面与圆锥面的交线为等螺旋角圆锥螺旋线,此螺旋线与圆锥素线间的夹角β即为螺旋角。
式中:α—圆锥半角
式中α、β′均为常量,所以β为不变量,即圆锥螺旋线上各点的螺旋角都相等。
图1
一、工作铣刀的选择
(一)可以选用双角铣刀或单角铣刀,一般采用的单角铣刀,方便加工计算。工作铣刀的廓形角θ等于或略小于被开齿刀具的法向槽形角。在保证被开齿刀具槽深的前提下,工作铣刀的直径尽可能选择小一些。
(二)铣削时,单角铣刀的端面刃应切削被开齿刀具的前刀面。在逆铣方式加工时,铣削右旋齿槽应选择左切工作铣刀,铣削左旋齿槽时应选择右切工作铣刀(如图2所示)。
二、工作台转角的确定
(一)工作台转角β1的确定。
β1可按照较β大2°～3°确定,铣削过程中视刀具刃带宽度是否合适再适当调整。
(二)工作台偏转方向的确定。
铣削左旋齿槽时,工作台按顺时针方向偏转,铣削右旋齿槽时,工作台按逆时针方向偏转。
图2
a)右切铣刀切左旋螺旋槽 b)左切铣刀切右旋螺旋槽
三、铣削位置的调整
在铣削圆锥螺旋齿刀具齿槽时,相对工作铣刀,工作台要横向偏移距离S、分度头主轴要倾斜角度α,并在工作台水平面内偏转角度β′。
当被开齿刀齿为单线齿背或折线齿背时,α、β′和S可近似地按下列公式计算
等螺旋角圓锥螺旋齿刀具由于必须保证螺旋角不变,其导程L随圆锥给定截面的直径变化而不同。因此,在齿槽的加工过程中,被开齿刀具做匀速回转的同时,铣床工作台的直线进给速度须随工件直径的变化而变动,但由于工作台丝杠的螺距是不变的,为了满足等螺旋角圆锥螺旋齿槽的加工要求,必须在铣床工作台上增设一套附加装置,使工件在加工过程中一方面随铣床工作台做匀速直线进给,另一方面相对工作台做附加的非匀速直线进给,由两个直线进给运动,合成满足加工要求的运动规律。
由于附加装置采取主轴挂轮法(如图3),分度头主轴已由配换齿轮与工作台丝杠连接,必须将分度头的蜗杆、蜗轮脱开,工件的分齿依靠加装在分度头主轴后端的分度器实现。每当铣完一齿槽,应降低工作台,并退回到开始的切削位置,进行分度,然后铣削另一齿槽。
四、配换齿轮的计算
配换齿轮按工件圆锥小端的导程
采用主轴挂轮法计算:
图3 (附加辅助装置)
1-铣床工作台2-辅助导轨 3-尾座 4-工作铣刀 5-工件
6-分度头 7-分度器8-滚轮架 9-凸轮
五、凸轮设计步骤
1.计算工件锥面母线长度 和圆锥面展开圆心角
(如图4)
式中:—圆锥面素线长度(mm)
—圆锥面的轴向长度(mm)
—圆锥面展开的圆心角(rad)
a —圆锥的锥顶半角
d —圆锥小端直径(mm)
D —圆锥大端直径(mm)
2.将分成n等分,并以代入公式和分别计算出与,计算的点
数i应该保证最后一项大于圆锥素线的长度。
3.计算,将和分别代入公式
,求出。
4.根据计算点数i,凸轮工作曲线在圆周上所占的角度(一般取270°～300°)、凸轮的基准直径与滚轮直径做出凸轮工作曲线。
在各个计算点上,滚轮中心相对于凸轮的运动轨迹的半径R可按下式计算:
式中:—凸轮基圆半径(mm)
—滚轮半径(mm)
—各计算点差值,即凸轮的升高量(mm)
5.分度头主轴与凸轮轴间配合齿轮计算
根据公式进行计算:
内螺旋槽铣削加工技术的探讨 篇7
关键词：内螺旋槽,铣削加工,探讨
1 概述
随着科技、经济的发展和人们生活水平的提高, 家用空调器已经逐步普及到寻常百胜家, 成为影响国家和某些地区经济发展的重要产业。我国的压缩机工业是在新中国成立以后建立发展起来的, 但国内本土企业的技术进步很快。压缩机的产量和产值逐年上升, 市场也在不断扩大。2005年国内空调用压缩机的销售总量已经达到120亿元左右。
压缩机是空调器的主机, 作用有如人的心脏。空调器的性能、可靠性以及长达10年以上的运行寿命, 必须由压缩机来保证。如何提高压缩机的可靠性, 一直是制冷业界关注的问题。从目前空调压缩机的发展趋势来看, 结构紧凑、高效节能以及微振低噪等特点是空调压缩机制造技术不断追求的目标。不难看出压缩机的润滑是达到这目标的不可忽略的环节和手段。一般的做法是在轴承内壁上加工出内螺旋油槽。例如在回转式螺杆压缩机中, 通过内螺旋油槽与压缩机转轴的相互作用, 使润滑油在油槽及其两端形成流动的循环, 从而导走压缩机工作时所产生的热量, 并润滑轴承, 降低摩擦和防止腐蚀。
2 问题的提出
虽然说在轴承内壁上加工出内螺旋槽只是压缩机众多制造工序中的其中一个工序, 但内槽加工一直是机加工行业中公认比较困难的工序之一, 而内螺旋槽道的加工就显得更为困难。如何才能在保证工艺和成本的基础上, 快速完成其加工?科学解决这一问题成为占领国内乃至世界压缩机生产市场的一把利剑。
2.1 拉削加工技术及存在问题
较早用于加工内螺旋油槽的方法是采用拉刀在拉床上改装后进行加工成形的。假设槽道最小孔径仅有φ29, 采用专用螺旋拉刀拉削加工, 单件消耗工时要在4分钟以上。但由于合金钢轴承材料具有相当高的强度、硬度及韧性, 在拉削过程中有可能产生粘刀 (积屑瘤) , 情况严重时会损坏拉刀。在拉削过程中, 一个工件加工完成后, 切屑粘在拉刀刀刃处基本不能自行脱落, 要靠操作工处理完成后方可进行第二个工件加工, 加工效率较低。若有未清除的切屑留在刃口处, 下一个工件再加工时常出现拉刀刃口损坏的情况, 使刀具的寿命缩短。同时, 螺旋拉刀本身就是一种比较复杂且昂贵的专用刀具, 使用时对冷却环境、工装调校精度、机床导轨精度、刀具自身刃磨等要求均非常高, 并且随着刀具自身的使用磨损, 零件尺寸也随之变化。不得不通过粗磨工序来保证尺寸和修正滚道形状。这些直接导致生产成本非常高, 不利于提高生产效率。
2.2 压削加工技术及存在问题
随着工业技术的不断发展, 企业对成本和效率的要求不断提高。一种新的加工方法被投入到生产线上, 这就是利用专用压刀在油压机上对轴承进行螺旋压削。由于压刀在加工油槽时承受相当压力, 所以压刀不仅能切削还要能承受一定压力, 所以采用高速钢作为刀具材料, 经车削、铣削、热处理、磨削加工等工序根据油槽设计要求设计压刀齿形还可以把压刀设计成径向方向三次切削效果。以上述的加工槽道为例, 采用专用螺旋压刀进行加工, 单件消耗工时可以在2分钟以内完成, 加工效率得到较大的提高。但在油泵压床上加工时, 对压床进给速度的控制要求严格, 以免出现槽边崩口。压削加工前, 工件和压刀均要涂上一层浓度较高极压切削液。压刀通过工件后易与硬杂物接触, 损坏压刀切削刃, 故要在压床台面孔下放上橡胶等具有弹性垫板。但这样会造成工件装夹不准。每一次加工完成后, 压刀刀刃都要清除掉切屑, 否则压刀再使用时崩刃损坏。压削过程中工件产生一定的变形, 故油槽加工完成后须进行工件内、外径的精加工工序, 以保证产品质量。
3 铣削加工方案的提出
以上两种加工方法中的不利因素都直接导致生产成本的提高, 不适应企业对提高生产效率、降低生产成本的发展战略要求。为了推动产能的提升, 降低加工成本, 我考虑采用其他高效率加工技术。首先想到用球头锥度铣刀加工内螺旋油槽。因为根据在家用空调器轴承内壁上加工出内螺旋油槽这一任务, 可以明确的是加工孔径一般在φ30左右, 深度在45m m以下, 虽然加工空间相当狭窄, 但对于有合理的刃径D和角度a的球头锥度铣刀并成整体倾斜一定角度时来说, 还是卓卓有余的。同时, 在加工动作的安排上可以采取球头锥度铣刀只负责进刀、切削动作, 而螺旋油槽的螺旋线则可以由带相应旋向螺旋线靠模套筒的液压顶杆来推动装夹工件的工作台来完成 (如上右图) 。对于采用硬质合金钢或高速钢HSS材料的整体球头锥度铣刀, 磨损较拉刀拉削和压刀压削都有较大的降低, 节约了刀具成本。完全可以统一零件滚道中径尺寸, 避免了以前因拉刀磨损存在各种不同尺寸的混乱局面;同一种铣刀可以适用各种不同螺距、不同中径的零件加工, 舍弃了不同产品需多种拉刀加工的局面;由于铣削滚道质量和尺寸的保证, 取消了滚道粗磨工序, 大大缩短了生产周期, 节约了设备人员等资源。
4 铣削加工思路优化
为了进一步提高生产效率, 实现生产的自动化, 我思考把上述的加工工序以专用内螺旋铣床的系统来完成。根据以上加工任务及加工要求, 在现有理论研究的基础上, 进行各个设计机构的数学模型的建立, 并严格按照其之间的配合关系通过计算分析各参数, 如定位尺寸、加工行程、加工精度、电机转速、气压和液压大小等来选定合适的机构模块, 从而实现专用铣床各个组成部分的设置;并通过借助合理的PLC控制程序来驱动铣床, 对其运行性能进行检验, 分析其可能出现的缺陷, 再进行反馈、调整和完善, 最终能投入实际生产。其具体运行控制流程如下图:
5 前景展望
内螺旋专用铣床是成本投入低、生产效率高、经济效益好的专用设备, 在蓬勃发展的国内压缩机生产行业中, 市场很大, 而且PLC控制系统, 开发周期短、见效快。因此把内螺旋铣床作为内螺旋油槽加工的替代加工方法具有十分积极的意义, 市场很大。
参考文献
[1]赵远杨.压缩机的技术现状及其发展趋势[J].压缩机杂志, 2007.
铣削技术 篇8
1) 密度小, 强度高, 它的强度大于高强度钢。
2) 热稳定性好, 高温强度高。在300℃~500℃以下, 它的强度约比铝合金高十倍。
3) 抗蚀性好。钛合金在潮湿大气和海水介质中工作, 其抗蚀性能远优于不锈钢, 对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力很强。对碱、氯化物、硝酸、硫酸等有着优越的抗腐蚀能力。
4) 化学活性大, 能与大气中的O、N、H、CO、CO2、水蒸气等产生剧烈的化学反应。在600℃以上时, 钛吸收氧, 形成硬度很高的硬化层。H含量上升, 也会形成脆化层。
5) 导热性差。钛的导热系数低, 约Ni的1/4, Fe的1/5, Al的1/14.钛合金的导热系数更低, 一般为钛的50%。
6) 弹性模量小。钛的弹性模量为107800MPa, 约为钢的1/2。
综上所述, 由于钛合金具有比重小、强度高、无磁性、耐腐蚀和高温的特点, 广泛用于船舶、航空航天、精密仪器仪表等领域的核心零件。
2 应用举例
以光学镜筒的机械加工为例, 通过工艺难点分析, 刀具、冷却液的选择, 不同加工策略的比较等几方面对钛合金铣削加工进行阐述。
2.1 光学镜筒零件介绍及加工内容
该零件材料采用TC4, 它是a+β钛合金, 为双相合金。零件是受力件, 内腔装光学透镜, 所以零件要求有很高的精度, 足够的强度和一定的密封性。
数控铣削需加工外形的圆弧R42.5、119下端面减重腔、140右端面减重腔及密封槽、外形斜筋及减重腔。为了使加工基准与工艺基准、设计基准统一。把加工基准设定在140右端面与￠77圆柱的中心点上。
2.2 钛合金的切削加工难点
1) 弹性模量低, 弹性变形大。接近后刀面处工件表面回弹量大, 所以已加工表面与后刀面的接触面积大, 刀具磨损加大。
2) 导热系数低, 切削温度高。刀具与切削的接触长度短, 使切削热积于切削刃附近的小面积内而不易散发。
3) 塑性低, 硬度高。使剪切角增大, 切屑与前刀面接触长度很小, 前刀面单位面积上的切削力大, 容易造成崩刃。
4) 易产生表面加工硬化。由于钛的化学活性大, 易与各种气体杂质产生强烈的化学反应, 导致表层的硬度及脆性上升。在高温时形成氧化硬层, 造成表层组织不均, 产生局部应力集中, 降低了零件的疲劳强度。切削过程中严重损伤刀具, 产生缺口、崩刃、剥落等现象。
5) 黏刀现象严重。切削时, 切屑及被切表面层易与刀具材料咬合, 产生了严重的黏刀现象。黏刀导致在切削的相对运动过程中, 引起剧烈的黏结磨损。
6) 斜面清角加工过切。由图2中M-M视图可以看到共有10处底面呈斜面的异形腔。在使用等高精加工策略后, 形腔的角落不光滑。
如果有一条沿形腔轮廓移动的刀路, 形腔的角落将很光滑。由图3会发现刀路在具有斜率的地方发生了过切。
7) 深圆弧面的加工。由主视图可知, 在三轴机床上加工R42.5圆弧面 (如图4所示) 需要一把底部直径大于24mm, 顶部直径小于10mm, 长度大于129mm的立铣刀。根据前面对钛合金的切削加工特性的分析, 是完全加工不出的。
8) 密封槽的加工。密封槽的尺寸:宽3.8mm、深1.97mm, 由于槽宽限制, 铣刀直径只能小于3.8mm。根据铣刀标准选用￠3立铣刀。
传统加工采用0.5mm层铣法, 它是Z轴作间隙运动, 刀具沿XY轴作进给运动。由于在铣削过程中, 每个刀齿的切削厚度都比较小, 刀齿在极薄的切削厚度下进入切削, 刀齿要经过一段滑擦才能切削。造成刀具后刀面的磨损, 使切削力增大。切削力沿径向作用于刀具, 会造成刀具弯曲, 缩短刀具寿命, 这种情况对直径较小的刀具将更加明显。再因￠3立铣刀自身刚度差, 容易粘刀, 散热性差, 易断刀。刀具折断时因离心力的作用, 刀具在折断点会发生啃刀, 密封槽将失去密封效果, 造成零件报废。
3 解决问题的措施
3.1 刀具的选择
3.1.1 刀具材料的选择
由于钛合金强度高、韧性大、粘附性强和导热性差。粗加工时, 切削用量大, 切削力大, 切削过程中会产生较大的冲击力和振动, 这就要求刀具具有一定的韧性和抗弯强度。选用W2Mo9Cr4V4Co8材料粗齿高速钢铣刀, 因为它含钴量多, 所以它具有一定的抗弯强度和抗冲击韧性。再者高速钢铣刀齿数少, 有较大的容屑空间, 便于排屑。但是由于高速钢铣刀的耐磨、性耐热性和抗弯强度不如硬质合金铣刀, 在加工过程中要让刀。精加工选用GC1030 (HC) -S15材料细齿硬质合金铣刀, 它是一种主要含碳化钛, 氮化钛的PVC涂层硬质合金立铣刀。具有良好的抗积屑性和抗塑性变形性。在加工过程中同时参与切削的齿数多, 切削力小, 切削过程平稳, 可以获得很高的加工表面质量。高速钢材料与硬质合金材料性能比较如表1所示。
3.1.2 刀具几何参数的改进
由于钛合金硬度高、弹性模量低, 弹性变形大, 切屑集中在刀尖附近, 使剪切角增大。标准立铣刀的前角为10°~15°, 对加工钛合金材料前角太大, 排屑不顺畅, 不易带走切削热, 易产生积屑瘤。所以加工钛合金材料时前角应修磨至2°~6°, 以增大容屑空间, 减少刀尖附近的切削热。标准立铣刀的后角为16°, 由于后角太大, 会降低刀具和刀刃强度。所以加工钛合金材料时后角应修磨至6°~12°, 以减小后刀面与已加工表面的摩擦, 使切削轻快, 刀刃磨损减小, 增强刀具和刀刃强度。另外过渡刃应修磨成0.5~1mm圆弧, 以保护刀尖。加工钛合金铣刀的几何参数如表2所示。
3.2 切削参数的优化
切削速度对切削刃的温度影响很大, 切削速度越高则切削温度剧增, 切削温度的高低直接影响刀具寿命。由于钛合金导热性差、易粘刀产生积屑瘤, 所以切削速度较低, 以避开积屑瘤和鳞刺的产生;较小的进给量可以提高表面粗糙度, 减小弹性变形。但是由于钛合金易形成氧化硬层, 进给量太小会使刀具在硬化层内切削, 增加刀具磨损;背吃刀量大可以避免刀尖在硬化层内切削, 减小刀具磨损。还可增加刀刃工作长度, 有利于散热, 背吃刀量可选择D/2但不超过5mm。铣削用量参数如表3所示。
3.3 走刀方式的选择
铣削钛合金时, 宜采用顺铣。顺铣时, 由于刀齿切出时的切屑很薄, 不易产生积屑瘤, 能减小黏结磨损。逆铣正好相反, 容易黏屑, 当刀齿再次切入时, 切屑被碰段, 容易使刀具材料剥落、崩刃。但是, 顺铣时由于钛合金弹性模量小, 容易造成让刀现象, 因此需要光刀一次。顺铣时作用在工作台上的水平分力与走刀方向相同, 由于丝杠与螺母之间有间隙, 会使工作台突然窜动, 发生啃刀。但是数控加工中心进给丝杠与螺母无间隙, 这为采用顺铣走刀方式提供了方便。
3.4 切削液的配制
切削液选用不含氯的水溶乳化液, 它不腐蚀已加工表面。粗加工需要利用切削液带走大量的切削热, 保证切削刃强度, 减少刀具磨损, 以冷却为主, 按比例配制成5%的浓度。精加工为提高已加工表面质量, 减小切屑与前刀面之间摩擦角, 增大剪切角以减小铣削力, 以润滑为主, 按比例配制成10%的浓度。
3.5 斜面清角加工过切问题的解决──刀心轨迹偏移法
如图6 (a) 所示, 在△aob中ob=Sin (θ-90°) R所以过切量G的公式为:
为此必须把刀具中心轨迹沿斜面法向偏移0.402mm, 过切问题得以解决, 如图6 (b) 所示。
3.6 深圆弧面的加工
在三轴数控铣床上安装一台绕X轴旋转的数控转台, 在A轴上加工, 如图7所示。
由于R42.5圆弧面两端要清根, 所以选择￠10立铣刀在A轴上加工。但是由于立铣刀有1°~2°的副偏角k′r, 所以加工后表面粗糙度达不到图纸要求 (如图8所示) 。
为消除副偏角对表面粗糙度的影响, 需要点接触刀具, 选用￠6球头铣刀进行精加工。
提高表面粗糙度, 除了选择合理的刀具参数、优化的铣削用量及润滑方式外, 数控编程时行距 (横向行距) 的选取决定了残留高度的大小, 残留高度是表面粗糙度一个重要指标。残留高度主要控制轮廓最大高度Ry。
所以行距的计算公式为:
其中, R为球头铣刀半径, H为残留高度。
因刀具为￠6球刀所以R=3mm, 图纸要求表面Ra3.2。考虑到机床精度, 表面Ra1.6, 对应的Ry即H=6.3μm, 代入式 (2) 得:
3.7 密封槽的加工
钻削式去除材料法是刀具沿Z轴作进给运动, XY轴作间隙运动, 快速大量地去除材料。切削力沿轴向传人主轴, 能有效刀具保护。侧向力小, 减小工件变形。切削宽度小, 产生较薄的切屑, 这些切屑能从切削刃上带走大量切削热。后刀面与已加工表面摩擦小, 切削轻快, 刀刃磨损小。有利于发挥机床加工效率, 提高刀具寿命, 节约生产成本。
4 结论
1) 钛合金的加工宜采用低转速、低进给量、大吃刀量。粗加工用含钴的高速钢铣刀, 精加工用含碳化钛的涂层硬质合金铣刀, 可以做到质量、效率与成本的平衡。
2) 通过计算分析可以得出, 斜面的斜率变化会导致球头刀与斜面切削点的位置改变。
3) 加工切削性能差、切削加工困难的窄槽时, 钻削式去除材料法是最佳的加工方案。
参考文献
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[2]孙杰, 李剑峰.钛合金整体结构件加工关键技术研究[J].山东大学学报 (工学版) , 2009, 39 (3) :81-88.
[3]莫善畅, 等.Mastercam X2完全学习手册[M].北京电子工业出版社, 2007.
铣削技术 篇9
关键词：铝合金,铣削,表面划痕,积削瘤,刀具前角
铝合金由于其导电性、导热性好，强度高，应用广泛。如果再对铝合金进行热处理和冷加工，可使铝合金的力学性能达到低合金钢的水平，铝合金冷加工以切削加工应用为最广。铝合金熔点较低，加工过程中温度升高后塑性增大，切削界面摩擦力增大，容易粘刀，及产生积削瘤等缺陷，表面粗糙度不好保证。本文针对某厂生产的铝合金箱体类零件在切削加工过程中存在的问题，提出了改进的方法，并进行了试验研究。
1 选用的零件
选用某厂生产的铝合金箱体，如图1所示，该零件结构复杂、质量要求高，材料为ZL106，正火处理，生产批量大。本文主要研究A端面在专用机床上的铣削加工过程，此端面的平行度要求为0.025mm，与B面的垂直度要求为0.03mm，表面粗糙度为Ra3.2。
2 铣削加工
2.1 刀具结构
该零件铣削过程采用粗铣—精铣—修光三道工序来完成，为了提高生产效率，将粗铣、精铣和修光安排在一台专用机床上的一个工位来完成，刀片材料为YG6X，总共有8片硬质合金普通铣刀片和1片修光刀片，其中修光刀片在安装过程中高于普通刀片0.08mm，以保证修光的加工余量。
2.2 加工参数设置
在专用机床上加工，切削速度为70m/min，每转进给量为0.8m m，精铣背吃刀量为0.6m m，修光背吃刀量为0.1m m，刀具前角r0=15°，刀具后角α0=10°。
2.3 切削结果分析
用以上参数切削过程中，主要出现两个问题，一是零件已加工表面有划痕现象，二是在刀片的前刀面上有积削瘤的存在。
3 零件已加工表面划痕的解决方法
经过反复实验得知，零件表面的划痕主要是由在初洗过程中修光刀刃与加工表面的摩擦所导致的。改进的方法有两种，一种是调整修光刀的安装角度，另外一种是调整铣刀盘与进给方向的夹角。如果调整修光刃与已加工表面的夹角，则每次换刀调整非常麻烦。夹角稍大影响表面质量，精度不高。因此，调整铣刀盘与进给方向的夹角。调整角度如果角度调整太大，修光后的表面会产生一个斜度而影响表面质量。已知修光刃的长度为5mm，而零件表面粗糙度为Ra3.2，调整角度为x，每转进给量为0.8mm为保证表面质量满足要求，所以：
综合考虑取铣刀盘轴线与进给方向夹角为89°53'，这样修光刃与已加工表面之间留有一定的间隙，增大了工作刀齿的副偏角，也会使副切削刃、副后刀面与已加工表面之间的摩擦减小，同时也避免了修光刃与已加工表面的摩擦。
4 刀具前刀面积屑瘤的解决
4.1 积屑瘤的产生分析
由于在铣削铝合金过程中，铝合金的熔点较低，在温度升高后，它的塑性变大。被切削金属在切削区域的高温和高压和较大的摩擦力的作用下，与刀具刃口附近的前刀面会粘结在一起，就会形成了积屑瘤，积屑瘤的硬度可比工件的基体高出2～3倍，因此可以代替刀刃进行切削，一般在初加工过程中，是允许有积屑瘤的存在，但积屑瘤在切削过程中不稳定，时大时小，使得工件表面出现高低不平的形状，工件表面粗糙度会增大，尺寸精度降低。精加工过程中不允许有积屑瘤。
4.2 刀具角度对积屑瘤的影响
刀具前角增大，积屑瘤的高度降低，这主要是由于刀具前角增大时，切削角随之增大，金属的塑性变性系数减小，沿前刀面产生的摩擦力减小，因此切削力也减小，产生的切削热也减小。这样可以抑制积屑瘤的产生或减小积屑瘤的高度。但如果前角继续增大，增大到一定值后，会使刀刃强度下降，散热条件变差，而且刀刃易产生破损，耐用度下降，切削温度升高。综合考虑工件材料、刀具材料和加工性质来决定前角取25°。
后角的增大，积屑瘤的高度也会呈下降趋势，但和前角相比，效果不明显。当后角增大时，可以减少刀具后刀面与工件之间的摩擦，并能使刀具刃口钝圆半径减小，刃口锋利、易切入工件。但后角过大，也使刀刃强度降低，刀具散热能力下降，综合考虑后角取15°。
4.3 切削速度对积屑瘤的影响
经过实验得出随着切削速度的增加，积屑瘤先由小变大再由大变小，即积屑瘤高度增加到峰值以后，又随着切削速度的增加而降低。在实际生产中选择低速切削(V<3m/min)或者高速切削(V>70m/min)，这时摩擦系数较小，粘结不易产生，故一般不会产生积屑瘤;而在中等切削速度(V=15～30m/min)时，产生的积屑瘤最大。
5 结语
采用改进后的刀具结构及铣削工艺参数在专用机床上对铝合金表面进行铣削加工，和以前相比，表面质量提高，表面划痕现象和积屑瘤大小减少，同时刀具的耐用度提高，加工精度也提高了，这一加工技术的改进可以在实际生产中应用推广。
参考文献
[1]贺曙新,张四弟.金属切削工[M].北京:化学工业出版社,2004.
[2]张维纪.金属切削原理及刀具[M].杭州:浙江大学出版社,2002.
[3]李华.机械制造技术[M].北京:高等教育出版社,2002.
铣削技术 篇10
1.1专家系统在制造业中的应用和发展
专家系统是一个智能计算机程序系统, 其内部含有某个领域专家级水平的大量知识与经验, 并能利用这些知识与经验解决该领域中的实际问题。专家系统 (expertsystem) 是人工智能应用研究最活跃和最广泛的课题之一。自从1965年第一个专家系统DENDRAL在美国斯坦福大学问世以来, 经过20年的研究开发, 到80年代中期, 各种专家系统已遍布各个专业领域, 取得很大的成功。
目前, 专家系统的发展趋势是:将人工神经网络和遗传算法等知识处理技术与专家系统结合起来, 开发平台由DOS操作系统转向以Windows为代表的图形界面操作系统, 开发方法由面向过程的程序设计方法转向面向对象的系统分析方法和面向对象的程序设计方法。机械设计问题是一个很复杂的问题, 主要表现在设计对象各部分之间的关联很多, 同时有些工作是创造性的。在机械设计领域利用计算机辅助机械设计 (ComputerAided城chaniea一nesi助, e AMo) 建立专家系统, 是近年来的重要发展趋势。面向对象技术在处理复杂问题方面具有很强的能力, 它具有信息隐蔽、数据抽象、动态约束和继承性等特点, 同时以对象为单位, 将事实性知识、判别性知识、过程性知识、经验性知识和控制性知识封装在一个整体中, 容易实现知识库的一致性和完整性, 因而非常适合构造应用于机械设计领域的专家系统工具。
以常见的轴承设计为例, 设计时会遇到大量的图表、数据以及设计规范和调查试验结果, 这些资料是专家学者们智慧的结晶, 对设计人员具有十分重要的价值。
2.2专家系统促进了制造业的信息化和自动化进程
从二十世纪六十年代以来, 随着电子计算机技术以及信息技术的飞速发展, 传统的机械制造业得到快速发展, 先后出现数控机床、加工中心、柔性制造单元、柔性制造系统和集成制造系统。机械制造系统柔性化之后, 满足了小批量多品种产品的生产要求, 提高了产品的市场竞争能力, 给企业带来经济效益。1956年, 人工智能的诞生使人们利用计算机来模拟人的思维成为可能, 而专家系统的出现, 使人工智能真正走向社会, 走向实际应用。专家系统就是一套能在某特定的领域内, 利用知识和推理, 以人类专家水平去解决该领域中困难问题的计算机程序。
在机械加工中, 为完成一个零件的加工, 工艺人员必须根据图纸的要求制定工艺规程, 这包括工艺路线的制定、定位基准的选择、加工机床的确定、加工余量的分配、工时定额的计算等诸多内容。随着CAPP技术的发展, 这些工作可用计算机来辅助完成。然而, CAPP专家系统存在知识获取困难、规则增多时出现冲突等缺陷, 因而在相当程度上制约了CAPP专家系统的应用。
专家系统的学习过程一般都是以大规模的知识库作为背景, 实现知识强化学习。根据机械加工领域的特点, 则要求专家系统的知识学习需具有以下三个特点:
1、基于知识的方法, 即首先具备大量初始知识;
2、开发出各种各样的学习方法, 包括示教学习、观察和发现学习、类比学习以及解释学习等;
3、结合生成和选择学习任务的能力, 应用启发式信息。
但是由于加工过程是一个多变量复杂非线性过程, 建立一个"一劳永逸"的加工专家系统是极其不现实的, 本文主要研究目前模具行业广泛应用的硬铣削加工专家系统技术。
二、高速硬铣削工艺专家系统的设计与实现
2.1当前高速硬铣削工艺专家系统的局限和本文的创新
目前, 所开发的人工智能系统在机械加工领域的应用均具有一定的局限性, 主要归结于以下几个原因:
1、人工智能的应用领域较窄, 大部分的人工智能系统不能覆盖切削加工过程的所有方面;
2、一般的人工智能系统只能解决单目标问题, 要么是以最低的表面粗糙度为目标, 要么就是最大的刀具寿命或材料去除率为目标。缺乏动态特性。
3、大部分专家系统都是静态的, 因此也就缺乏自动扩展其自身知识库并增加其应用范围的能力。
本文研究的主要目的是把专家在实际应用中总结的经验、规律、方法用于高速硬铣削加工中, 为加工过程提供优化的工艺参数及对目标结果的精确预测。
目前硬铣削技术面临的问题主要有以下方面:
1、寻求能够抑制刀具磨损的铣削条件;
2、寻求能够获得较好的工件加工表面完整性, 特别是较低的表面粗糙度的铣削条件;
3、在三个互相矛盾的目标-- (1) 最大的刀具寿命、 (2) 最小的表面粗糙度和 (3) 最大的材料去除率--之间寻求最优解;
4、开发一个高度智能化的软件系统, 能够从已有研究中所得的数据获取知识, 并能够运用这些知识达到以下目标: (a) 寻求优化的铣削条件以获得期望的目标; (b) 预测选定的加工条件下的加工性能。
2.2高速硬铣削工艺专家系统的结构和原理
本文所开展研究工作的目标主要是:
1、寻找在给定硬铣削加工条件下提高刀具寿命的措施;
2、在给定硬铣削条件下, 寻求最佳切削参数以获得最小表面粗糙度;
3、在保证高的材料去除率的前提下, 寻求可以同时满足上述两个目标的有效途径;
4、开发具备自学习、自更正和自扩展的能力专家系统, 以实现以上目标。
专家系统是为了解决某个领域问题, 而具有某一很小领域知识的计算机程序。它通常包含三个要素:知识库、推理机和存储库 (如图2.1所示) 。知识库是一个对知识表达的集合, 它运用一些正式的知识表达语言, 通常用事实定理和IF-THEN规则形式;推理机是一个普通的控制机构, 它针对某一特定任务数据运用知识库中现有已知的知识, 经过推理而得出一些结论, 即推理机就是一个包含在知识后面的程序。因为知识库非常的庞大, 所以很有必要建立一个推理机来在数据库中进行数据搜索并且在一个有组织的规则下推导结论。存储库用来在专家系统运行中临时储存变量值。
从表面上看专家系统优于普通的程序。在专家系统中, 知识区别于控制模块而独立存在, 而在普通的计算机程序中, 知识与控制机构混存。这种知识与控制模块分别独立存在的形式, 使得专家系统在整个使用时间内的程序发展阶段和经验学习阶段都能够很容易地添加新的知识。这种机制就是模仿人的大脑, 尽管个人行为由于新知识的学习而在不断的变化, 但大脑的控制程序根据经验却是保持不变的。这就是一个理想的计算机专家系统替代人类专家的基础。
2.3高速硬铣削工艺专家系统的关键技术及实现
通常机械加工工艺专家系统主要有数据采集与存储、推荐工艺参数及工艺过程、加工结果预测等功能, 考虑到本文主要研究硬铣削工艺技术, 采用以下研究方法对硬铣削工艺专家系统进行研究。首先进行前期的数据分析以及数据采集, 根据获得的基础数据以及专家知识进行规则分类、数据优化;而后在上述工作的基础上开发与实现硬铣削工艺专家系统。该专家系统的功能主要包括两部分:1、根据实际需要优化选择和组合典型变量;2、根据既定或选择的变量提供加工性能预测值。
考虑到目前高速硬铣削工艺中, 主要采用整体硬质合金铣刀具进行加工, 为简化实验工, 仅考虑包括工件硬度、刀具角度、铣削方式和冷却润滑方式在内的四个变量。
在这四个变量中, 工件硬度参量不需要考虑其最优化的问题, 因为硬度参量是工件特有的属性, 除非它从加工系统中移出并进行了再加工。
为硬铣削工艺专家系统的流程图。该流程由用户输入期望目标值和预测变量值开始运行。系统要求用户必须确定工件材料的硬度值, 因为它将决定后面切削问题中的另三个变量的值。用户可以选择以下三个目标:
1、最长刀具寿命
2、最小工件表面粗糙度
3、1和2同时满足
选择任何一个目标将会使系统推荐不同的预测变量值与其它的进行比较, 同时也必然的导致不同的预测测量结果。第三个选择为前两个选择的折中。材料硬度和刀具螺旋角可在已知的条件下通过相关模糊模板进行模糊化处理。方差分析 (Analysis ofvariance, ANOVA) 结果表明铣削方式为影响刀具寿命和工件表面粗糙度的最重要因素, 因此该因素应该相对其它因素先确定。根据输入给定, 切削方式可以是顺铣或逆铣。其余两个因素根据类似方法确定。在刀具螺旋角和冷却方式两者中, 刀具螺旋角又是相对重要的因素。
摘要：本文在对高速硬铣削工艺专家系统框架分析的基础上, 设计了一个具有模糊推理功能的专家系统, 该专家系统采用模拟退火算法调整模糊规则, 以实现提高专家系统预测精度的目的。
关键词：硬切削,刀具寿命,专家系统,知识工程
参考文献
[1]马福昌, 金属切削原理及应用, 济南, 山东科技出版社, 1983
[2]田盛丰等, 人工智能原理与应用, 北京, 北京理工大学出版社, 1993
[3]杨龙, 专家系统发展及其开发工具设计实践, 汽车科技, 2000 (3)
球体月牙槽的铣削加工工艺 篇11
关键词：球阀；球体；月牙槽；中心对称度；装夹定位夹具
中图分类号：TG547 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）32-0075-03
DN150不锈钢球阀是为国家重点工程某发射场新研制的配套设备。球体作为球阀闭合的关键件，其制造精度直接影响球阀的密封性能。球体生产过程中，月牙槽的加工既要满足尺寸精度、对称度及粗糙度等图纸要求，还要提高零件的加工效率，存在较大的难度。针对这一难点，通过认真分析球体结构特点及技术要求，设计球体装夹定位夹具，制定合理的铣削加工工艺，保证了产品质量，提高了生产效率。
1 球体月牙槽在铣削过程中存在的难点
DN150不锈钢球阀主要由阀体、球体、阀杆及密封件组成（图1），阀杆下部扁平端与球体月牙槽连接并带动球体（图2）旋转实现阀门的启闭，球体材料牌号是1Cr18Ni9Ti。从图2看出，球体直径为236mm，宽度为X（出于保密要求未标注）；月牙槽的宽度为30，宽度公差为0.011mm，深度为25mm，圆弧半径为87.5mm；月牙槽的宽度尺寸相对于球体中心线A的对称度公差为0.02mm。因此，DN150球体月牙槽的宽度和中心对称度是铣削加工保证的
关键。
球体月牙槽在铣削过程中存在以下难点：
1.1 装夹定位问题
一般能利用通用夹具能装夹的球体，装夹定位问题是比较简单的。但对于直径较大、重量较重的DN150球体的装夹，通用夹具将无法满足。同时，若夹具设计得不合理，不仅使抛光好的球面很容易被夹伤，而且还会导致加工过程中工件由于受力发生转动或歪斜，产生废品。因此球体的装夹及准确定位是保证合格产品和提高生产效率的前提。
图1 球阀结构示意图
图2 球体结构示意图
1.2 球面防护问题
不锈钢球体月牙槽在加工前，球面的抛光工序已经完成。原因是在铣削加工前抛光球体表面，设备作业是连续的，可以获得均匀良好的表面质量，利于提高球阀的密封性能。因此，保护好球面不被划伤、磕伤、夹伤是铣削加工首先要考虑解决的问题。
1.3 工艺系统的刚性问题
DN150球体月牙槽的铣削量大且精度高，要求所选用的夹具和铣削设备具有足够的刚性，避免铣削振动给加工带来的影响。
1.4 铣削用量的选择
铣削用量选择的合理与否，直接决定着加工精度能否顺利保证。
2 球体月牙槽铣削工艺过程设计
针对以上球体月牙槽铣削过程中存在的难点，进行合理的工艺过程设计，通过定位装夹夹具的设计、工件防护措施的制定、加工过程切削要素的控制以及刀具材质和刀具的选择，完全能够解决这些难点，保证加工精度，从而获得满意的加工效果。
2.1 专用夹具的设计
2.1.1 夹具定位元件材料的选择。在专用夹具设计中首先需考虑定位及夹紧元件材料的选取。DN150球体的材料为1Cr18Ni9Ti，由于球体介质流通孔与圆胎接触处强度较弱，为避免装夹过程中被挤伤，与之接触的圆胎材料选用硬度相当的材质，比如淬火HRC55～58的45号钢；夹具体是工艺系统的主要部分，需要有较好的刚度和加工性能，选用铸铁直角弯板，厚度在30mm以上；压板采用Q235A，拉杆采用45钢。
2.1.2 定位结构设计。根据机床夹具设计六点定位原理，通过对工件六个自由度的定位分析，设计专用夹具定位结构。球体工件在空间具有六个自由度，分别为X、Y、Z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕着三个坐标轴的转动自由度。通常用六个支承点（即定位元件）来限制工件的六个自由度，其中每一个支承点限制相应的一个自由度。对于槽体的加工，通常只需要限制除X轴方向移动之外的五个自由度即可，但球体工件的槽体为圆弧槽，存在对称度的要求，因此需要限制工件六个自由度。
根据工件的结构特点，夹具设计充分利用球体Φ150介质通流孔及端面、Φ12通气孔的结构进行定位。为确保工件定位精度，在球体零件设计中将上述两个尺寸由原有的自由公差调整为符合夹具配合要求的高精度尺寸公差。
定位基准的确定：根据球体结构特点，选择球体已精加工过的Φ150内孔为定位基准。
夹具体：选用直角弯板作为夹具体，将起到固定夹具于铣床工作台面、固定定位元件的作用。
定位结构设计：
（1）固定阶台型圆胎。固定于夹具体立板的固定阶台型圆胎，设计为带有台阶的圆盘形结构，是工件加工的主要定位元件，其限制了工件沿X、Z坐标轴方向的移动自由度和绕X、Z轴方向的转动自由度（台阶长度长的情况、短的情况只限制两个移动自由度）。为减小定位误差，提高定位精度，圆胎台阶与工件介质通流孔配合公差选用Φ150，工件介质通流孔直径为150，固定圆胎台阶外圆尺寸为Φ150。
（2）活动阶台型圆胎。活动阶台型圆胎与工件的介质通流孔配合安装，限制了工件在Y坐标轴方向的移动自由度。其结构与固定阶台型圆胎基本一致，不同的有两点：活动阶台型圆胎不作为主要定位元件，其台阶高度尺寸可短一些；另外在装夹工件时，与工件150介质通流孔配合间隙需要略大一点，以便于装卸，因此它与150介质通流孔配合公差选用Φ150，其台阶外圆尺寸为Φ150。
圆胎定位示意图如图3所示：
图3 球体定位示意图
定位销的选择：为限制工件绕Y轴方向转动的自由度，需在工件底部通气孔Φ12处插入一个圆柱定位销与夹具体底板上的定位孔相配合方可起作用。
过定位的消除：需要注意的是，圆柱定位销还限制了X、Y坐标轴方向的移动自由度和绕X坐标轴方向的转动自由度，造成工件装夹过定位现象。过定位会造成工件无法安装、工件或定位元件变形的不良后果，必须予以消除。设计中选用了以下方法消除过定位：（1）提高夹具定位面和工件定位基准面的加工精度；（2）适当放大定位销与通气孔的配合间隙。一方面其配合间隙大于主要定位元件固定阶台型圆胎与工件通流孔的配合间隙，可以消除过定位的产生；另一方面也便于定位销的安装与拆卸。定位销与工件通气孔的配合公差选择为Φ12，底板安装孔和工件通气孔的尺寸为Φ120+0.11，定位销外圆尺寸为Φ12。
2.1.3 夹紧结构设计。通过夹具体、定位结构的设计及定位元件的选择，将球体工件的空间位置确定，通过夹紧结构设计完成专用夹具的整体设计。专用夹具结构如图4所示：
图4 专用夹具结构示意图
（1）夹具在铣床上的固定。专用夹具通过夹具体底板与铣床工作台面的固定。设计中采用4个螺栓连接铣床工作台与夹具底板来实现（还可以在底板上装两个定位键效果更好）。
（2）工件的夹紧。通过长拉杆将工件夹紧在固定阶台型圆胎和活动阶台型圆胎之间。为增加可靠的加紧力，设计中采用2个活动压板，分别将工件夹紧在压板与夹具体直角弯板的立板之间。
2.1.4 工件的装夹。球体在专用夹具上的装夹固定，须采用以下步骤完成：（1）将球体套入固定阶台型圆胎并贴紧其端面；（2）将圆柱定位销穿入工件通流孔内，再通过通气孔插入夹具体底板上的定位孔；（3）将拉杆旋入固定圆胎，再将活动阶台型圆胎与工件配合并适当夹紧；（4）用两个压板分别压紧球体，最后将中间拉杆旋紧。
2.2 工件防护措施的制定
DN150球体直径和自重较大，并且球体在转入铣工工序之前，球面已经抛光完毕。尽管在周转过程中对球体采取了一定的保护措施，而在铣削过程中疏于对球体的保护，一样会造成废品，以致前功尽弃。因此，球体定位中的磕伤、装夹中的夹伤以及被冲刷的铁屑划伤等问题，就要求操作者制定相应的防护措施去消除。
防护措施的具体步骤：（1）球体装夹时做到轻拿轻放，避免人为磕伤；（2）用酒精棉球擦去球面的油污等污渍；（3）用防水塑料胶带均匀粘贴球面并且只留出月牙槽被加工的区域；（4）铣削时有充足的冷却液，以利于排屑。
通过以上措施的制定，可有效避免球体在装夹过程中出现工件表面被人为磕伤、夹具夹伤和加工过程产生的铁屑划伤的问题。
2.3 工艺系统刚性的解决
DN150球体月牙槽铣削量大且精度高，除要求所选用的夹具具有足够的刚性外，铣削设备和刀具结构同样如此，以避免铣削振动给加工带来的影响，
2.3.1 铣削设备的选用：（1）尽可能选用功率高、输出扭矩大且传动平稳的铣床；（2）根据加工精度选用相应等级的铣床；（3）选用经济适用性高的铣床。
根据DN150球体月牙槽的铣削特点和单位现有设备资源，选取在X62W卧式铣床上加工。
2.3.2 刀具材料和结构的选取：刀具材料的切削性能关系着刀具的耐用度和加工零件的质量，刀具材料的工艺性影响着刀具本身的制造与刃磨质量，因此合理选择铣刀材料是保证铣削顺利进行的关键。
（1）刀具材料。加工奥氏体不锈钢材料时，存在切削力大、加工硬化严重、刀具磨损快的特点，并且铣削不锈钢除端铣刀和部分立铣刀可用硬质合金做铣刀刀齿外，其余各类铣刀均采用高速钢。所以，在这里选取比普通高速钢耐用度高的高钒高速钢作为铣刀材料。
（2）刀具结构。镶齿三面刃铣刀主要用于铣削定值尺寸的凹槽，除圆周表面具有主切削刃外，两侧面也有副切削刃，三个刃口均有后角、刃口锋利、切削轻快，从而改善了切削条件，提高了切削效率和减小表面粗糙度。考虑到刀具经济的适用性，且要适合卧式铣床加工，工艺设计中选用材料为高钒高速钢的镶齿三面刃铣刀结构。
2.4 合理地选择铣削用量
合理的切削用量是指充分利用刀具的切削性能和机床性能，在保证加工质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。
2.4.1 铣削深度ap。铣刀在一次进给中所切掉工件表层的厚度叫铣削深度。铣削深度大小是根据加工余量、铣床功率和对工件加工面的光洁度要求等因素来确定的，在粗加工和半精加工中，可以增加切削深度以提高效率，但在精加工中必须减少切削深度以提高表面粗糙度。
球体月牙槽的铣削深度相对较深，因此粗加工可以分为多次走刀，但是第一刀的铣削深度应取大一些，选为8～10mm；留够精加工余量0.3～0.5mm。
2.4.2 每分钟进给量Vf。铣刀每回转一分钟在进给运动方向上相对工件的位移量，叫做每分钟进给量。在粗加工中，可以提高进给量以提高切削效率，在精加工中减少进给量以提高表面粗糙度。球体月牙槽在粗加工时，由于作用在工艺系统上的切削力较大，因此可以手动进给或者选取小一些的进给量，进给变速箱的选取范围在23.5～37.5mm/min之间。半精加工和精加工时，最大进给量主要受工件加工表面粗糙度的限制，每分钟进给量在23.5～30mm/min中选取。
2.4.3 铣削速度V。铣刀切削刃上的选定点相对于主运动的瞬时速度，称作铣削速度。它的计算公式：
V=πDn/1000（mm/min）
式中：
D—铣刀直径（mm）
n—铣刀转数（转/min）
提高铣削速度有利于提高表面粗糙度，但是必须考虑刀具的承受能力，否则刀具的磨损加剧，反而不利于加工精度的提高。DN150球体月牙槽加工中采用定制的Φ175×20高速钢三面刃铣刀，粗加工的主轴转速可选为60～75转/min，精加工可选为75～95转/min。
由于DN150球体月牙槽的铣削余量较大，在粗加工时应采用逆铣方式，精加工时采用顺铣方式。
2.5 铣削加工前的准备工作
月牙槽的尺寸精度和位置精度要求高，因此在铣削加工前，还必须做好以下工作：（1）对铣床的主轴精度和工作台精度进行检测，对加工部位有直接影响的精度应重点检测；（2）对铣床工作台的位移精度进行检测，可借助百分表等微测量仪进行控制；（3）检测铣刀安装辅具的精度，安装过程进行精度检测，保证铣刀安装后的回转精度；（4）铣削前预先测量铣刀的尺寸精度和几何角度；（5）操作前合理调整机床各部位的间隙，加工中注意锁紧不使用的进给方向等。
2.6 铣削过程中的注意事项
2.6.1 正确选用冷却液。为了克服不锈钢粘附能力强、散热性差的缺点，使用硫化切削油作为切削液，有利于减少摩擦，减少变形，降低切削温度，防止刀刃产生冷作硬化现象，还能提高加工表面质量和减少刀具磨损。
2.6.2 保持刀具锋利。铣削不锈钢时，切削刃既要锋利，又要能承受冲击。有条件的话，可以选用各种先进可转位刀具或整体铣刀，改善切削过程的排屑状况。
3 加工效果评价
采用上述工艺措施，解决了DN150球阀球体月牙槽加工过程中的难题，使产品的尺寸精度、中心对称度及表面粗糙度均能满足技术要求，密封性能达到十分满意的效果，并缩短了工期（由单件1天完成缩短到1小时完成），提高了生产效率。组装后的球阀产品经受了上千次的疲劳寿命试验，性能优良，并顺利交付使用。
参考文献
[1] 吴国梁.铣工实用技术手册[M].江苏：科学技术出版社，2003.
[2] 胡家富.铣工（技师、高级技师）[M].北京：机械工业出版社，2008.
[3] 王忠.机械工程材料[M].北京：清华大学出版社，2005.
[4] 何庆.机床夹具设计[M].北京：电子工业出版社，2011.
铣削技术 篇12
1 超声振动辅助电火花铣削加工机理
超声振动辅助电火花铣削加工机理即融入快速原型制造技术、分层制造原理等,对产品进行分层加工处理,由此获取加工元件。同时,在加工工序开展过程中为了满足元件加工要求,应于主轴头安置工具电极,且与脉冲电源两极相连,并将空气、氧气等介质置入到管状工具电极环境下,从而形成超声振动,同时通过对数控系统的操控分层扫描指定轨迹,并做好脉冲放电连续作业工作,推进电极工具伺服运动的展开,蚀除工件材料,达到工件加工目的。即在超声振动辅助电火花铣削加工工序开展过程中对空气、氧气等介质的选择提出了更高的要求,为此,相关技术人员在实践操控过程中应提高对此问题的重视程度,同时注重采用内充液式空心管状电极,且结合底面放电方式,形成X、Y伺服运动,达到超声振动加工效果,并实现Z向的间接进给,规避电极损耗等问题的凸显,影响到铣削加工加工效果,满足加工条件。
2 超声振动辅助电火花铣削加工技术分析
2.1 电火花铣削技术
电火花铣削技术,即EDM,注重运用工具电极,对数控系统进行伺服操纵,同时结合加工轨迹,做好放电加工工作,且通过机械化作业方式,铣削加工元件,达到工件加工目的,提高柔性化加工特点。例如,Masanorl Kunieda等学者在铣削加工试验活动开展过程中,即将空气作为加工介质,从而于放电间隙吹入高压气流,最终就此提升整体加工效率,同时通过电极损耗补偿运算,调整加工过程,达到最佳的工艺加工状态。同时,在电火花铣削技术应用过程中,要求相关技术人员应注重设置直流电源,且将工件、电极工具分别置于直流电源两极,形成电弧,继而在电弧作用下,按照加工轨迹要求,去除工件材料,规避传统工件加工过程中凸显出的效率较低等问题,达到高质量加工状态。此外,在电火花铣削技术应用过程中亦应保障加工运动沿Z轴垂直进行,从而实现对旋转轴位置的调节。
2.2 路径规划
在超声振动辅助电火花铣削加工作业过程中,为了满足加工条件,要求相关技术人员在对CAD/CAM系统进行操控过程中,应注重融入分层加工路径规划理念,同时在加工路径规划过程中,建构三维模型,由此形成直观性刀具轨迹,实现对电极损耗的有效补偿。同时,在铣削加工路径规划过程中,亦应引入3D曲面,继而通过CAD/CAM系统进行微细铣削,提升整体工件加工质量。例如,某工厂在工件加工过程中为了提升整体工件加工效率,即引入了CAD/CAM系统,同时在系统完善过程中增设了自动检测、补偿电极损耗等功能,从而在工件加工过程中,形成各种自由曲面,且利用插补算法对加工曲面进行描绘,并通过数控代码数据的整合,提升整体作业效率。从以上的分析中即可看出,在铣削加工工序开展过程中,强调加工路径的规划是非常必要的,为此,应提高对其的重视程度。
2.3 其他电火花加工技术
就当前的现状来看,在超声振动辅助电火花铣削加工作业中其他电火花加工技术的应用主要体现在以下几个方面:
第一,电火花沉积技术,即在电火花铣削加工放电环境下,增加工具电极材料,且通过对小电流小脉宽的应用,减少工件蚀除,形成沉积。但在沉积作业过程中,要求相关技术人员应注重对正极分配能量、负极分配能量进行控制。如,将正电极温度控制在高于熔点的状态下,而负电极温度处于熔点与沸点之间,就此达到沉积目的。例如,直径为0.19mm、140μm等微细圆柱体工件加工过程中均涉及到了电火花沉积技术的应用;
第二,多级行星电火花加工技术,即通过大能量完成粗加工过程,而利用中能量进行半精加工、小能量进行精加工,且针对进给速度等参数进行实时调整,达到最佳的工件加工状态。
3 结论
综上可知,基于现代化科学技术不断发展的背景下,对工件加工精度提出了更高的要求。因而在此基础上,为了提升工件加工效率,要求作业人员在实践加工过程中应注重引入超声振动辅助电火花铣削加工理念,同时针对加工轨迹进行合理规划,并融入电火花沉积技术、多级行星电火花加工技术等,满足工件加工要求,且就此规避传统工件加工中凸显出的精度不足等问题。
摘要：就当前的现状来看,传统铣削加工手段已经无法满足当代社会可持续发展需求,因而在此基础上,为了打造良好的加工环境,应注重在实践加工活动开展过程中引入超声振动,从而实现对电火花加工过程的有效调节,即增大脉冲放电区间、减小电弧放电、增加材料去除率,达到最佳的工艺加工状态,提升整体加工水平。本文从超声振动辅助电火花铣削加工机理分析入手,旨在引导当前加工工序开展过程中优化传统加工手段。
关键词：超声,电火花,铣削加工技术,机理
参考文献
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[2]朱涛,张建华,常伟杰,王涛.超声振动辅助电火花铣削间隙状态检侧与控制[J].电加工与模具,2011(01):28-36.
[3]朱涛,常伟杰,张建华.超声辅助电火花铣削电火花放电系统设[J].制造技术与机床,2011(07):87-93.
[4]朱涛,张建华,常伟杰,王涛,宋夕超.超声振动辅助电火花铣削间隙流场分析与验证[J].中国机械工程,2011.(已录用)