劉文進(jìn) 孫國(guó)平 陳娟

（江蘇北方湖光光電有限公司，江蘇 無(wú)錫，214035）

基于某薄壁螺旋片的高速切削技術(shù)研究

劉文進(jìn) 孫國(guó)平 陳娟

（江蘇北方湖光光電有限公司，江蘇 無(wú)錫，214035）

高速切削具有切削力小、殘余應(yīng)力少、加工效率高等優(yōu)點(diǎn)，非常適合薄壁零件的加工。本文設(shè)計(jì)了典型零件薄壁螺旋片，并運(yùn)用高速銑削成功加工出了合格零件，對(duì)高速切削技術(shù)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。關(guān)鍵詞：薄壁螺旋片；高速切削； CAM編程

高速加工(HSC)是20世紀(jì)90年代迅速走向?qū)嶋H應(yīng)用的先進(jìn)加工技術(shù)，通常指高主軸轉(zhuǎn)速和高進(jìn)給速度下的銑加工［1］。高速加工能提高零件的加工質(zhì)量及加工效率，還可以用于解決薄壁零件的銑加工難題。本文通過薄壁螺旋片的高速加工案例，對(duì)高速切削機(jī)床、刀具及切削用量的選用、編程注意事項(xiàng)及仿真驗(yàn)證等進(jìn)行了研究。

1 典型薄壁零件的設(shè)計(jì)

薄壁零件的加工，由于剛性不足，在切削力的作用下零件會(huì)產(chǎn)生震顫，在工件上留下振紋，既降低了工件表面質(zhì)量，又嚴(yán)重影響加工效率。近年來(lái)，本公司薄壁零件的加工逐漸增多，加工困難與工藝瓶頸時(shí)有出現(xiàn)，借助高速加工新技術(shù)與新工藝是解決該問題的一種途徑。為研究高速加工的切削與編程技術(shù)，本文設(shè)計(jì)了一種薄壁螺旋零件（見圖1），螺距10mm、高15mm、厚度0.2mm，材料硬鋁2A12。

2 工藝分析與確定加工方案

該零件壁厚與高度比達(dá)到1：30，用常規(guī)加工工藝很難實(shí)現(xiàn)，很難避免加工中的讓刀與振刀，還會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的加工變形、壁厚頂端小底部大等質(zhì)量問題。我們?cè)趯?duì)高速加工技術(shù)前期調(diào)研的基礎(chǔ)上，決定采用高速銑削的新工藝方案。

2.1 機(jī)床的選擇

本公司的銑加工中心的最高轉(zhuǎn)速大都在10000～12000r/min，巨浪五軸機(jī)床則達(dá)到20000 r/ min，均可以用于高速加工。最終確定在馬扎克銑加工中心VCN510C上加工，該機(jī)床最高轉(zhuǎn)速12000r/ min。

2.2 刀具的選擇

高速銑削刀具材料主要有硬質(zhì)合金、涂層刀具、金屬陶瓷、陶瓷、立方氮化硼（CBN）和金剛石刀具（PCD）。其中，金剛石刀具尤其適合鋁合金材料的高速切削，但價(jià)格昂貴，綜合考慮了性價(jià)比等因素，我們選擇了進(jìn)口的涂層硬質(zhì)合金銑刀（俗稱鎢鋼刀）。值得注意的一點(diǎn)，要盡可能選用圓鼻銑刀，無(wú)刀尖圓弧的尖角銑刀在高速切削條件下粗加工時(shí)非常容易磨損。

圖1 薄壁螺旋片模型

圖2 彈簧夾頭

圖3 開粗刀路與設(shè)置

圖4 開粗切削用量與設(shè)置

2.3 刀柄的選擇

HSK刀柄的夾持精度、動(dòng)平衡性能均優(yōu)于BT刀柄，夾持方式以熱縮式夾頭最適合高速加工。本次加工試驗(yàn)，根據(jù)用于切削試驗(yàn)的機(jī)床，選擇了配置高精度ER筒夾的BT40彈簧夾頭刀柄（見圖2）。

表1 粗加工鋁合金、鎂合金高速銑削參數(shù)

圖5 精銑刀路與設(shè)置

表2 精加工鋁合金、鎂合金高速銑削參數(shù)

2.4 工藝的編制

毛坯為板料40mm×160mm×130mm，預(yù)先銑成六方36mm×150mm×120mm，采用平口鉗裝夾。高速切削的工藝內(nèi)容包括：1）調(diào)用CAM程序粗、精銑薄壁螺旋槽；2）銑標(biāo)識(shí)“ HSM01 ”。

3 UG CAM高速加工編程

由于高速加工的特殊性,在高速切削條件下，傳統(tǒng)的NC 程序已不能適應(yīng)要求。目前UG、Hypermill、Mastercam等大型CAD/CAM軟件已經(jīng)融入了高速加工技術(shù)，有的還開發(fā)了專門的高速加工模塊。本例中我們基于NX8.5編制了粗、精加工CAM程序。

圖6 精銑切削用量與設(shè)置

3.1 開粗刀路的編程

3.1.1 粗加工刀具路徑的規(guī)劃

使用φ6鎢鋼銑刀（齒數(shù)Z=4）開粗，編制了型腔銑(見圖3)刀路，側(cè)壁留精銑余量0.5mm，切削模式為跟隨工件，采用螺旋線或圓弧進(jìn)刀，因?yàn)槭潜”诩?，?yīng)采用層優(yōu)先策略，為避免突然改變刀具的運(yùn)行方向，保證刀具軌跡無(wú)尖角，對(duì)所有刀路增加了拐角R，并設(shè)置了加減速。對(duì)開放刀路采用“變換切削方向”，內(nèi)外公差均設(shè)置為0.05mm。

3.1.2 切削參數(shù)的選擇

參考有關(guān)文獻(xiàn)資料，綜合考慮了銑加工中心VCN510C的功率、轉(zhuǎn)速等因素，為粗加工選擇了切削參數(shù)（見圖4）：恒定步距值（ae）=刀具直徑50%，切削層深度（ap）=1mm，切削速度（V）=188(m/min)，每齒進(jìn)給量(fz)=0.2mm。換算后得到：轉(zhuǎn)速(n)=10000rpm，進(jìn)給率(f)=6000(mm/min)。

3.2 精銑刀路的編程

3.2.1 精加工刀具路徑的規(guī)劃

圖7 機(jī)床仿真效果圖

圖8 加工完成的零件

精銑采用與粗加工同一把刀。為保證刀軌的連續(xù)與光順，精加工采用了曲面驅(qū)動(dòng)方式，投影矢量選朝向驅(qū)動(dòng)體，驅(qū)動(dòng)路徑設(shè)置為螺旋，步數(shù)=30，即0.5mm的螺距，內(nèi)外公差設(shè)置為0.01mm。見圖5。

3.2.2 切削參數(shù)的選擇

精加工切削參數(shù)的選擇與開粗相類似（見圖6）。由于該機(jī)床最高轉(zhuǎn)速的限制，粗、精加工所選用的切削用量較表中參數(shù)值要低。

3.3 程序校驗(yàn)與加工仿真

為保證高速加工CAM程序的安全性，上機(jī)試切前進(jìn)行了加工仿真。我們用VERICUT軟件進(jìn)行了虛

下轉(zhuǎn)P19頁(yè)

劉文進(jìn)（1972—）男，高級(jí)工程師，從事機(jī)加工藝與數(shù)控編程工作。