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.