石 莉 陳爾濤

(沈陽理工大學機械工程學院，遼寧沈陽 110168)

車銑是一種較新的加工技術(shù)，但加工參數(shù)對工件表面加工質(zhì)量的影響的研究尚不成熟，這在一定程度上影響了車銑加工技術(shù)的推廣。研究加工參數(shù)對車銑加工表面粗糙度的影響，對于推廣車銑技術(shù)的應(yīng)用有重要的現(xiàn)實意義。

沈陽工業(yè)學院的姜增輝［1］在多種假設(shè)的條件下，給出軸向車銑工件理論粗糙度的數(shù)學模型，分析了轉(zhuǎn)速比、刀具齒數(shù)和刀具半徑對工件理論粗糙度的影響，但此公式?jīng)]有考慮切削參數(shù)對表面粗糙度的影響。

沈陽理工大學潘恒陽對軸向車銑內(nèi)輪廓進行了建模及運動仿真［2］，在不同的銑削方式下，研究了不同的轉(zhuǎn)速比對銑刀運動軌跡的影響，并在MAZAK車銑加工中心上進行軸向車銑內(nèi)、外型面的加工，并對加工表面的表面形貌及表面粗糙度進行了簡單的分析。

上海交通大學的李丹、趙曉明等通過對軸向車銑加工進行數(shù)學建模［3］，建立了軸向車銑表面形貌的計算機仿真系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)，詳細討論了軸向進給速度、工件與刀具轉(zhuǎn)速比、刀刃數(shù)、刀具半徑以及切深等工藝參數(shù)對軸向車銑表面形貌和粗糙度的影響規(guī)律;將仿真系統(tǒng)與正交試驗法相結(jié)合，找出在多個加工參數(shù)同時變化的條件下，對車銑工件表面形貌及表面粗糙度起主導作用的因素，以便對起主導作用的工藝參數(shù)重點加以改善。

到目前為止，軸向車銑的研究還僅是車銑基礎(chǔ)理論和車銑表面仿真等方面。車銑理論的成熟為軸向車銑實驗提供了強有力的技術(shù)支持，在這種條件下，本文通過軸向車銑實驗，研究了不同切削參數(shù)對軸向車銑表面粗糙度的影響。這對驗證車銑理論的正確性，完善和豐富現(xiàn)有的車銑理論，使理論更好地指導生產(chǎn)實踐［4］。

1 實驗條件

實驗所用機床是由沈陽第三機床廠生產(chǎn)的數(shù)控機床CK3263B，配備 TSSV150～18000/7.5型高速電主軸、SIEMENS MICROMASTER440型變頻調(diào)速器改造而成。工件用長200 mm、內(nèi)徑50 mm的半空心柱體鑄鋁錠(ZL100)。刀具為直徑25 mm的棒銑刀，刀齒數(shù)為4個，刀片為山特維特R39011T308MPL4030型銑刀片，刀片材料為TiN涂層，后角為αn=21°。測量儀器為時代TR100粗糙度儀，是一種接觸式測量表面粗糙度的方法。采用水基添加溶液進行冷卻。實驗裝置如圖1。

2 實驗結(jié)果及分析

軸向車銑的切削用量包括切削速度Vc(m/min)、軸向進給量fa(mm/r)、周向進給量f齒(mm/齒)、切削深度ap(mm)。其計算公式及相互間的關(guān)系為

式中:nF、nW分別為銑刀轉(zhuǎn)速、工件轉(zhuǎn)速，r/min;D、d分別為刀具直徑、工件直徑，mm;Z為刀具齒數(shù)。

為了測得切削用量各要素對工件表面粗糙度Ra的影響，進行了單因素實驗，分別就逆銑、順銑方式在有、無水冷條件下進行研究。針對每一因素分別做4組實驗，實驗結(jié)果及其分析如下。

2.1 周向進給量(轉(zhuǎn)速比)對內(nèi)孔表面粗糙度的影響

工件內(nèi)孔直徑為50 mm，銑刀轉(zhuǎn)速為9 000 r/min，切削深度為0.5 mm，軸向進給量為0.5 mm/r，并保持以上切削參數(shù)不變。由式(1)計算得切削速度為706.9 m/min。改變工件轉(zhuǎn)速，從20～55 r/min，級差為5 r/min。由式(2)可以得到周向進給量的變化范圍為0.087～0.416 mm/齒。測量不同切削參數(shù)下的表面粗糙度，得到周向進給量對表面粗糙度的影響曲線如圖2所示。

從圖2可以看出，切削速度在706.9 m/min條件下，無論順銑或逆銑、水冷或無水冷，周向進給量從0.087 mm/齒增至0.416 mm/齒，工件表面粗糙度值都明顯增大。

2.2 軸向進給量對軸向車銑鑄鋁內(nèi)孔表面粗糙度的影響

工件轉(zhuǎn)速30 r/min，銑刀轉(zhuǎn)速10 000 r/min，切削深度0.5 mm，并保持以上切削參數(shù)不變。由式(1)計算得切削速度為786 m/min，周向進給量為0.259 mm/齒，改變軸向進給量fa從0.3～1.5 mm/r，步長為0.3 mm。測量不同切削參數(shù)下的表面粗糙度，得到軸向進給量對表面粗糙度的影響曲線如圖3所示。

由圖3可以看出，切削速度在786 m/min條件下，無論順銑或逆銑、水冷或無水冷，軸向進給量從0.3 mm/r增至1.5 mm/r，工件表面粗糙度值都明顯增大。

當軸向進給量大于0.9 mm/r時，內(nèi)孔表面有明顯條紋。如圖4，切屑變大，粘在已加工表面，不易排出。

筆者在改造的軸向車銑機床上對彈簧鋼D60做了軸向車銑內(nèi)孔的實驗，研究了切削參數(shù)對內(nèi)孔加工表面質(zhì)量的影響。發(fā)現(xiàn)不同的切削參數(shù)對表面質(zhì)量的影響規(guī)律基本相同，有的表面出現(xiàn)車削的條紋或滾花式刀紋如圖5所示。

條紋和滾花是工件表面紋理的表現(xiàn)形式，其對工件的性能有很大的影響，尤其是對摩擦表面的磨損、潤滑狀態(tài)、摩擦、疲勞、密封、配合性能的影響更為顯著。實驗研究發(fā)現(xiàn)，軸向進給量和轉(zhuǎn)速比對表面紋理的影響較大。在實際生產(chǎn)中應(yīng)合理選擇轉(zhuǎn)速比和軸向進給量，有效控制表面文理的狀態(tài)并應(yīng)用到特殊場合。

2.3 切削速度對軸向車銑鑄鋁內(nèi)孔表面粗糙度的影響

工件內(nèi)孔直徑為60 mm，切削深度0.5 mm，軸向進給量為0.8 mm/r，周向進給量為0.236 mm，并保持以上切削參數(shù)不變。改變工件轉(zhuǎn)速從25～75 r/min，級差為10 r/min，改變銑刀轉(zhuǎn)速從5 000～15 000 r/min，級差為2 000 r/min，由式(1)計算出切削速度的變化范圍為392.7～1 178.1 m/min。測量不同切削參數(shù)下的表面粗糙度，得到切削速度對表面粗糙度的影響曲線如圖6所示。

由圖6可以看出，無論順銑或逆銑、水冷或無水冷，切削速度從390～1 180 m/min，表面粗糙度值沒有明顯變化，切削速度對內(nèi)孔已加工表面質(zhì)量影響不大。

3 結(jié)語

綜上所述，在軸向車銑鑄鋁內(nèi)孔時，切削用量對工件表面粗糙度的影響如下:

(1)隨著周向進給量和軸向進給量的增加，表面粗糙度值明顯增大。

(2)隨著切削速度的提高，表面粗糙度變化不大。

(3)順銑或逆銑、水冷或無水冷對軸向車銑內(nèi)孔表面粗糙度影響不大。

(4)內(nèi)孔表面出現(xiàn)車削的條紋或滾花的刀紋，實驗表明表面紋理 與切削參數(shù)周向進給量和軸向進給量有關(guān)。

［1］姜增輝.軸向車銑內(nèi)孔理論表面粗糙度的研究［J］.新技術(shù)新工藝2002(1).

［2］潘恒陽.車銑加工型面聯(lián)接件的運動學研究［D］.沈陽:沈陽理工大學，2007.

［3］李丹.車銑加工表面形貌的計算機仿真研究［D］.上海:上海交通大學，2007.

［4］石莉.彈體的軸向車銑研究［D］.沈陽:沈陽工業(yè)學院，2003.