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)
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]。
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
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)
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
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
3.1.1 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]。
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)。
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.
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