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        數控銑削加工質量分布規(guī)律的研究

        2014-08-21 09:30:24孔兆財鄒鶴飛奚嬋妹
        機械管理開發(fā) 2014年2期
        關鍵詞:數控銑進給量正態(tài)分布

        呂 威,孔兆財,鄒鶴飛,奚嬋妹,江 東,彭 錚

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

        引言

        無論是航空航天產品還是其他產品,零件制造過程的高質量、高效率、低成本的目標是制造業(yè)和制造技術發(fā)展的一個永恒的主題。生產過程中更多的零件屬于曲面零件,如何更好地使用數控設備提高效率、減少零件加工時間、找出銑削參數最佳組合是數控發(fā)展的一個方向。本文針對此目標利用45號鋼的銑削加工進行相關試驗及分析,探索高效數控加工工藝[1]。

        1 實驗方案的設計

        本文確定采用三因素(銑削速度、切削深度及進給量)三水平正交試驗進行銑削實驗[2](加工3組零件,結果取平均值),得出正交試驗方案(見表1)。

        表1 正交試驗方案設計

        2 零件測量

        2.1 檢查項的確定

        本文研究加工零件形狀及對應公差[3,4],根據零件形狀(如圖1)的特點及現有的設備,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 數控加工零件圖(mm)

        2.2 輪廓度的測量

        選用三坐標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果

        2.3 表面粗糙度的測量

        表面粗糙度值測量結果見下頁表3。

        表3 表面粗糙度值測量結果 μm

        3 數控銑削實驗數據的分析

        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)擬合測試結果

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

        3.1.2 零件的輪廓度誤差值分析

        輪廓度正交試驗分析結果見表5。

        表5 輪廓度正交試驗分析結果

        基于正交試驗分析結果可知,在所選的三個因素水平范圍內,對加工中心銑削加工件的輪廓度誤差值影響的主次順序為:進給量>切削深度>銑削速度,綜合試驗結果優(yōu)化加工方案為:銑削速度3 000 r/min,進給量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)度測試結果見表6。

        表6 表面粗糙度值正態(tài)擬合測試結果

        由表6正態(tài)分布的擬合優(yōu)度測試結果可知,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)正交試驗分析。

        正交試驗分析結果見表7。

        表7 表面粗糙度值正交試驗分析結果

        根據以上分析得出以下結論:

        1)基于正交試驗分析結果可知,在所選的三個因素水平范圍內,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為:切削深度>銑削速度>進給量,綜合試驗結果優(yōu)化加工方案為:銑削速度3 000 r/min,進給量480 mm/min,切削深度0.1 mm。

        2)基于正交試驗分析結果可知,在所選的三個因素水平范圍內,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為:進給量>切削深度>銑削速度,綜合試驗結果優(yōu)化加工方案為:銑削速度2 000 r/min,進給量360 mm/min,切削深度0.1 mm。

        3)基于正交試驗分析結果可知,在所選的三個因素水平范圍內,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為:進給量>切削深度>銑削速度,綜合試驗結果優(yōu)化加工方案為:銑削速度3 000 r/min,進給量360 mm/min,切削深度0.1 mm。

        4)圖2為對其中一個零件(編號1-1)的外圓用超景深顯微鏡(放大500倍)進行拍照得到的二維(圖2-1)和三維表面形貌(圖2-2)。

        4 結論

        本文以45號鋼曲面零件為對象,開展銑削速度、進給量、切削深度三因素三水平的正交試驗,測量并計算數控銑削加工零件的輪廓度和表面質量,結合數理統(tǒng)計理念進行統(tǒng)計分析,得到如下結論:

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

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

        3)加工中心銑削速度越高,進給量越小,加工件表面質量越好;加工鋼材料時適當地提高銑削速度可以降低輪廓度誤差值;分析可以看出并不是進給量越大,切削深度越大,加工效率越高,這也為高速數控銑削加工提供了一定的理論及實踐依據

        [1] 常旭睿.數控銑削加工工藝及應用[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,嚴思杰,周云飛. 曲面數控加工精度的研究[J].機床和液壓,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.數控銑削技術理論教學探討[J].制造業(yè)自動化,2010(2):68-70.

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