金屬構(gòu)件加工中數(shù)控銑床內(nèi)孔以銑代鏜加工
2022-11-28 來(lái)源： 四川宏華石油設(shè)備有限公司 作者：萬(wàn)英平 龔 波 宋榮燈
摘 要 ：在金屬零件加工中最常見的內(nèi)孔加工是利用機(jī)床的主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)加工出來(lái)的。在主軸上加上刀柄、刀架、鏜刀，主軸圓周運(yùn)動(dòng)，再采用直線進(jìn)給就能加工出內(nèi)圓孔來(lái)。當(dāng)然還有另一種方法加工內(nèi)圓孔，那就是用數(shù)控銑床采用圓弧插補(bǔ)加工內(nèi)孔。二者加工原理不一樣，加工出來(lái)的孔的效果和質(zhì)量有一定的區(qū)別。在我國(guó)目前將成為制造強(qiáng)國(guó)的大環(huán)境下，對(duì)金屬零件高質(zhì)量切削加工，我們就要有所取舍。
關(guān)鍵詞 ：高精度數(shù)控銑床 ；金屬構(gòu)件加工 ；鏜孔圓弧插補(bǔ)銑孔加工 ；數(shù)控編程
在實(shí)際生產(chǎn)中鏜孔是機(jī)械加工最常見的生產(chǎn)加工方式。對(duì)于高要求的孔，不僅需要好的設(shè)備還要一套高精度的鏜刀，在鏜孔時(shí)需要多次試鏜，測(cè)量，試鏜測(cè)量，有些工件還需要先加工基準(zhǔn)面，做定位工裝，并多次裝夾。其成本高，效率偏低且不是一次裝夾完成還保證不了行位公差。所以我們要利用高精度數(shù)控銑床銑加工孔以達(dá)到鏜孔的效果。
1 、數(shù)控加工以銑代鏜的數(shù)據(jù)參數(shù)
我公司主要生產(chǎn)的產(chǎn)品為金屬結(jié)構(gòu)件。其結(jié)構(gòu)件的特點(diǎn)為形狀不規(guī)則，有些地方還干澀機(jī)床行程。但我們要盡量做到一次裝夾完成高要求的孔。為了提高效率保證質(zhì)量我們只用兩把銑刀完成對(duì)孔的加工，減去鏜孔這一工序。現(xiàn)在我們以下圖為實(shí)例介紹以銑代鏜的加工過(guò)程。此圖 ø90 通孔深 227 為 ø160 深 22 ø145 深20 ø130深 25 三個(gè)臺(tái)階孔，其中 ø160 公差為 +0.04~0.08 。Ø130為軸承孔公差為 0+0.04圓柱度為 0.012 與對(duì)稱孔的同軸度為 0.03. 孔的光潔度為 1.6。
圖 1 以銑代鏜加工圖
2、金屬零件加工工藝分析
工藝分析 ：關(guān)鍵孔 ø130，毛坯為實(shí)體圓柱。工藝步驟①先用ø50 深 250 的方尖銑刀依次粗銑臺(tái)階孔 ø160，ø145，ø130，ø90 都留量 1MM. 且不用打底孔，省去一道鉆孔工序。②不用換刀，同樣用 ø50 深 250 方尖銑刀精銑 ø90 深 160 孔，可以達(dá)到圖紙 12.5光度要求。③換用 ø20 深 70 鎢鋼銑刀依次精銑 ø130，ø145，ø160臺(tái)階孔。
硬件方面，首先我們需要一臺(tái)高精度的數(shù)控銑床。各軸行程應(yīng)大于圖紙工件最大尺寸。轉(zhuǎn)速 0-1000 以上，定位精度 0.01MM,重復(fù)定位精度 0.005，滾珠絲杠雙螺母，伺服電機(jī)，西門子 840 以上操作系統(tǒng)，主軸與進(jìn)給軸的平行度 0.01 以內(nèi)，主軸圓跳動(dòng)也不應(yīng)超過(guò) 0.005。高精度鎢鋼銑刀，圓柱度 0.005 以內(nèi)，圓跳動(dòng)，直線度均在 0.005 以內(nèi)。
數(shù)控銑床專用語(yǔ)言是 G 代碼，程序運(yùn)行會(huì)涉及到運(yùn)行軌跡點(diǎn)相關(guān)坐標(biāo)，G 代碼程序與金屬構(gòu)件裝夾存在一定的關(guān)聯(lián)性。如果將銑刀看作一點(diǎn)，假定將銑刀運(yùn)行軌跡設(shè)置為 OHIJKO，將銑刀直徑在多個(gè)點(diǎn)處形成圓弧，銑刀工作軌跡設(shè)計(jì)為 O-h-H-I-i-j-K-k-O，控制銑刀直徑。
考慮到金屬零件在數(shù)控切削加工時(shí)受到其他因素影響，編寫程序如下 ：
滿足條件之后開始裝夾找正工件，左右借量并確定工件坐標(biāo)，第一孔和第三孔在同一軸心線上，同軸度是 0.03。同軸度就是定位公差，理論正確位置即為基準(zhǔn)軸線。確定工件坐標(biāo)系后先用 ø50 深 250 方尖銑刀粗銑，端面開始銑最大外圓 ø200，依次粗銑各臺(tái)階孔，直徑方向留量 1MM, 深度方向留量 0.2MM，ø90 孔可加工到尺寸，不用再換深孔鏜刀了，因其公差和光度要求不高。然后換鎢鋼銑刀首先精加工有要求的 ø130 孔。以西門子系統(tǒng)為例，編程如下 ；
在這個(gè)程序中確定了走刀路線，如圖所示 ；銑內(nèi)孔 G3 為順銑。從進(jìn)給方向看，切屑從刀具的右側(cè)排出為順銑。切屑從刀具的左側(cè)排出為劣銑順銑一般適用于精加工，其切削平穩(wěn)，走刀順暢，加工表面質(zhì)量好。劣銑一般用于粗加工。銑孔不同于鏜孔，鏜孔是主軸旋轉(zhuǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)圓。而銑孔是由 X 軸和Y 軸聯(lián)動(dòng)產(chǎn)生的圓，而銑孔產(chǎn)生的圓有可能不是標(biāo)準(zhǔn)的圓，產(chǎn)生的原因是機(jī)床各軸間隙過(guò)大，或者是 X 軸 Y 軸伺服電機(jī)不同步，或者是系統(tǒng)參數(shù)補(bǔ)償不合理等原因。
金屬零件加工中，外形的銑削涉及到多個(gè)圓弧過(guò)渡。傳統(tǒng)金屬零件加工可以在普通的銑床上完成，給金屬零件加工及夾取帶來(lái)不便，導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降，零件的加工精度也無(wú)法得到整體控制。加之金屬零件需要進(jìn)行輪廓加工、斜面加工等等，涉及到加工參數(shù)計(jì)算較為復(fù)雜，對(duì)零件中心孔定位、內(nèi)孔加工，需要將加工質(zhì)量及零件形狀精度進(jìn)行有效控制。此次數(shù)控切削采用兩次定位裝夾，根據(jù)基準(zhǔn)面主次，進(jìn)行先近后遠(yuǎn)、先里后外、先粗加工后精加工、先面后孔的原則依次劃分工序加工。金屬零件在進(jìn)行輪廓表面銑削通常使用立銑刀側(cè)面刃性切削。對(duì)于外圍輪廓加工，所使用的加工路線為 : ①?gòu)钠鸬饵c(diǎn)到下刀點(diǎn) ；②沿切向切入工件 ；③輪廓切削 ；④刀具向上抬刀，退離工件 ；⑤返回起刀點(diǎn)。零件的尺寸無(wú)公差等級(jí)要求，區(qū)域面積不大，表面粗糙度要求不高，進(jìn)行切削加工時(shí)要保證外輪廓形狀不變形，只需要達(dá)到一般加工精度要求。所以此類金屬零件定位基準(zhǔn)是工件在夾裝定位時(shí)所依據(jù)的基準(zhǔn)。
3、 以銑代鏜加工優(yōu)勢(shì)分析
現(xiàn)在我們要做的是以銑代鏜，用銑削的方式加工出來(lái)的孔達(dá)到鏜孔規(guī)定要求的質(zhì)量。前面我們硬件方面提出了高精密的數(shù)控銑床，其各參數(shù)達(dá)到了要求，在進(jìn)出刀和四個(gè)象限換軸向時(shí)產(chǎn)生的圓滑點(diǎn)會(huì)小于圖紙要求的圓柱度 0.012。刀具方面，鎢鋼刀屬于精加工刀，切削鋒利順暢，孔表面的光潔度能達(dá)到1.6。這個(gè)光度已經(jīng)等于或大于大多數(shù)鏜孔的表面質(zhì)量。程序方面 ；走刀方向和走刀速度的控制可以避免橢圓度的產(chǎn)生，在實(shí)際生產(chǎn)中 G3 順銑加工出來(lái)的孔為最優(yōu)，還有一個(gè)非常關(guān)機(jī)鍵的走因素走刀速度，實(shí)踐中，不能孔大小，走刀速度不能大于200MM/ 分鐘。大于這個(gè)速度孔的橢圓度會(huì)隨著走刀速度的變大而變大。此圖為列，走刀速度大于 200MM/ 分鐘，孔的橢圓度是 0.01MM~0.02MM。就超出了 0.012 圓柱度要求，從而不能達(dá)到
圖紙要求。此工件合理走刀 120~140，當(dāng)然機(jī)床的精密度不同，走刀會(huì)有所不同。此圖切削參數(shù)為轉(zhuǎn)速 1000，吃刀深度單邊 0.2，走刀 120. 加工完成后三坐標(biāo)檢測(cè)結(jié)果為，ø130 和 ø160 同周度為0.002，圓柱度為 0.005. 光潔度為 1.6. 各公差均達(dá)到圖紙要求。此工件如果鏜孔需要 4 把鏜刀，校對(duì) 4 次內(nèi)量表，每個(gè)孔還需要經(jīng)過(guò)多次試鏜、測(cè)量比較費(fèi)時(shí)。
以銑代鏜還有一個(gè)非常大的優(yōu)勢(shì)，那就是通過(guò)修改程序中 R0 的大小，可以精確控制圓尺寸的大小。比如精銑 ø130，當(dāng)R0=0.4 時(shí)，測(cè)量出尺寸為 129.6。也就是說(shuō)孔的尺寸大小由程序控制。當(dāng)最后一刀精銑，切削用量不變的情況下我只要把 R0=-0.02 時(shí)，加工出來(lái)的孔就達(dá)到圖紙要求 130.02。
所以以銑代鏜有兩大優(yōu)勢(shì)
（1）能精確控制尺寸大小，省去多次測(cè)量的時(shí)間。
（2）省去【鏜孔】一道工序，節(jié)約總加工 40% 左右的時(shí)間由于這兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)達(dá)到了提高效率，控制質(zhì)量的目的。
4 、結(jié)語(yǔ)
隨著工業(yè)制造中對(duì)金屬零件加工精度要求的提升，作為先進(jìn)機(jī)械制造裝備的代表數(shù)控銑床在加工過(guò)程中如何降低加工誤差、提高加工精度并保證產(chǎn)品的質(zhì)量，成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究者所研究的熱點(diǎn)。我們充分利用以銑代鏜，合理使用銑削的方式對(duì)金屬零件進(jìn)行加工，運(yùn)用理論加工 G 代碼降低金屬零件加工出現(xiàn)誤差，以提高金屬零件加工的質(zhì)量。此文為筆者在實(shí)踐中總結(jié)出的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，希望此文能給同行們提供一些幫助，有錯(cuò)誤和不足的地方望共同探討。
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