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        數(shù)控銑削加工質(zhì)量分布規(guī)律的研究

        2014-08-21 09:30:24孔兆財(cái)鄒鶴飛奚嬋妹
        機(jī)械管理開發(fā) 2014年2期
        關(guān)鍵詞:數(shù)控銑進(jìn)給量正態(tài)分布

        呂 威,孔兆財(cái),鄒鶴飛,奚嬋妹,江 東,彭 錚

        (1.首都航天機(jī)械公司,北京 100076;2.普天物流技術(shù)有限公司,北京 100080)

        引言

        無論是航空航天產(chǎn)品還是其他產(chǎn)品,零件制造過程的高質(zhì)量、高效率、低成本的目標(biāo)是制造業(yè)和制造技術(shù)發(fā)展的一個(gè)永恒的主題。生產(chǎn)過程中更多的零件屬于曲面零件,如何更好地使用數(shù)控設(shè)備提高效率、減少零件加工時(shí)間、找出銑削參數(shù)最佳組合是數(shù)控發(fā)展的一個(gè)方向。本文針對(duì)此目標(biāo)利用45號(hào)鋼的銑削加工進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)及分析,探索高效數(shù)控加工工藝[1]。

        1 實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

        本文確定采用三因素(銑削速度、切削深度及進(jìn)給量)三水平正交試驗(yàn)進(jìn)行銑削實(shí)驗(yàn)[2](加工3組零件,結(jié)果取平均值),得出正交試驗(yàn)方案(見表1)。

        表1 正交試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

        2 零件測量

        2.1 檢查項(xiàng)的確定

        本文研究加工零件形狀及對(duì)應(yīng)公差[3,4],根據(jù)零件形狀(如圖1)的特點(diǎn)及現(xiàn)有的設(shè)備,測量銑削加工后零件R1、R2及R(包括R3、 R4和 R5)表面粗糙度和輪廓度。各尺寸理論值 : L1=56 mm;L2=10 mm;L3=48 mm;R0=5 mm;R1=4 mm;R2=20 mm;R3=21 mm,R4=25 mm;R5=30 mm。

        圖1 數(shù)控加工零件圖(mm)

        2.2 輪廓度的測量

        選用三坐標(biāo)測量儀測量零件的輪廓度,并通過MATLAB軟件擬合零件的輪廓度誤差(見表2)。

        表2 銑削零件的輪廓度誤差擬合結(jié)果

        2.3 表面粗糙度的測量

        表面粗糙度值測量結(jié)果見下頁表3。

        表3 表面粗糙度值測量結(jié)果 μm

        3 數(shù)控銑削實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析

        3.1 輪廓度誤差值的分析

        3.1.1 輪廓度正態(tài)分布的擬合優(yōu)度測試

        輪廓度誤差值正態(tài)分布的擬合優(yōu)度測試結(jié)果見表4,符合正態(tài)分布規(guī)律。

        表4 輪廓度正態(tài)擬合測試結(jié)果

        由表4中h=0,l值小于fcv值得出數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布。

        3.1.2 零件的輪廓度誤差值分析

        輪廓度正交試驗(yàn)分析結(jié)果見表5。

        表5 輪廓度正交試驗(yàn)分析結(jié)果

        基于正交試驗(yàn)分析結(jié)果可知,在所選的三個(gè)因素水平范圍內(nèi),對(duì)加工中心銑削加工件的輪廓度誤差值影響的主次順序?yàn)椋哼M(jìn)給量>切削深度>銑削速度,綜合試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)化加工方案為:銑削速度3 000 r/min,進(jìn)給量360 mm/min,切削深度0.5 mm[5]。

        3.2 表面粗糙度的分析

        1)正態(tài)分布的擬合優(yōu)度測試。

        正態(tài)分布的擬合優(yōu)度測試結(jié)果見表6。

        表6 表面粗糙度值正態(tài)擬合測試結(jié)果

        由表6正態(tài)分布的擬合優(yōu)度測試結(jié)果可知,加工中心銑削加工后零件的R1、 R2及R圓弧的表面粗糙度值分布均符合正態(tài)分布規(guī)律。

        2)正交試驗(yàn)分析。

        正交試驗(yàn)分析結(jié)果見表7。

        表7 表面粗糙度值正交試驗(yàn)分析結(jié)果

        根據(jù)以上分析得出以下結(jié)論:

        1)基于正交試驗(yàn)分析結(jié)果可知,在所選的三個(gè)因素水平范圍內(nèi),對(duì)加工中心銑削加工件的R1圓弧的表面粗糙度影響的主次順序?yàn)椋呵邢魃疃?銑削速度>進(jìn)給量,綜合試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)化加工方案為:銑削速度3 000 r/min,進(jìn)給量480 mm/min,切削深度0.1 mm。

        2)基于正交試驗(yàn)分析結(jié)果可知,在所選的三個(gè)因素水平范圍內(nèi),對(duì)加工中心銑削加工件的R2圓弧的表面粗糙度影響的主次順序?yàn)椋哼M(jìn)給量>切削深度>銑削速度,綜合試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)化加工方案為:銑削速度2 000 r/min,進(jìn)給量360 mm/min,切削深度0.1 mm。

        3)基于正交試驗(yàn)分析結(jié)果可知,在所選的三個(gè)因素水平范圍內(nèi),對(duì)加工中心銑削加工件的R圓弧的表面粗糙度影響的主次順序?yàn)椋哼M(jìn)給量>切削深度>銑削速度,綜合試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)化加工方案為:銑削速度3 000 r/min,進(jìn)給量360 mm/min,切削深度0.1 mm。

        4)圖2為對(duì)其中一個(gè)零件(編號(hào)1-1)的外圓用超景深顯微鏡(放大500倍)進(jìn)行拍照得到的二維(圖2-1)和三維表面形貌(圖2-2)。

        4 結(jié)論

        本文以45號(hào)鋼曲面零件為對(duì)象,開展銑削速度、進(jìn)給量、切削深度三因素三水平的正交試驗(yàn),測量并計(jì)算數(shù)控銑削加工零件的輪廓度和表面質(zhì)量,結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計(jì)理念進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,得到如下結(jié)論:

        1)加工零件所測各尺寸精度指標(biāo)幾乎都符合正態(tài)分布規(guī)律。

        2)加工零件整體的輪廓度誤差值分析結(jié)果顯示,進(jìn)給量對(duì)輪廓度誤差值影響最大,伴隨進(jìn)給量增大,輪廓度誤差值變大。

        3)加工中心銑削速度越高,進(jìn)給量越小,加工件表面質(zhì)量越好;加工鋼材料時(shí)適當(dāng)?shù)靥岣咩娤魉俣瓤梢越档洼喞日`差值;分析可以看出并不是進(jìn)給量越大,切削深度越大,加工效率越高,這也為高速數(shù)控銑削加工提供了一定的理論及實(shí)踐依據(jù)

        [1] 常旭睿.數(shù)控銑削加工工藝及應(yīng)用[M].北京:國防工業(yè)出版社,2010.

        [2] Klocke F, Brinksmeier E, Evans C, et al. High-speed grinding-fundaments and states of the art in Europe,Jap an and the U SA[J]. Annals of the CIRP,1997(2):715-724.

        [3] 何仁琪,嚴(yán)思杰,周云飛. 曲面數(shù)控加工精度的研究[J].機(jī)床和液壓,2006(9):80-82.

        [4] Lin Y J,Lee T S. An adaptive tool path generation algorithm for precision surface machining[J]. Computer-Aided Design,1999(31):237-247.

        [5] 杲春芳.數(shù)控銑削技術(shù)理論教學(xué)探討[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2010(2):68-70.

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