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        鋁合金高效加工切削參數(shù)應(yīng)用研究

        2018-01-03 12:34:50鄧集松
        山東工業(yè)技術(shù) 2018年24期

        摘 要:本文通過采集刀具與機(jī)床模態(tài)信號、進(jìn)行模態(tài)分析、動(dòng)力學(xué)仿真與優(yōu)化技術(shù),來獲得鋁合金高效切削參數(shù)。通過切削參數(shù)的實(shí)際應(yīng)用,提高了加工效率,縮短加工周期,降低制造成本。

        關(guān)鍵詞:高效加工;切削參數(shù);動(dòng)力學(xué)仿真

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.021

        1 引言

        在實(shí)際生產(chǎn)中鋁合金高效加工效率和優(yōu)勢遠(yuǎn)沒有發(fā)揮出來,合理的切削參數(shù)是提高數(shù)控機(jī)床應(yīng)用技術(shù)水平和綜合效率最為直接的方法,數(shù)控加工過程仿真優(yōu)化技術(shù)是獲取優(yōu)化切削參數(shù)的最佳途徑,通過數(shù)控加工過程仿真優(yōu)化技術(shù)確定高效加工切削參數(shù),經(jīng)過實(shí)際加工過程驗(yàn)證,建立切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫,對提高加工效率,縮短加工周期,降低制造成本有重要實(shí)際意義。

        2 應(yīng)用研究內(nèi)容

        本研究項(xiàng)目以數(shù)控機(jī)床動(dòng)態(tài)特性信號采集系統(tǒng)、動(dòng)力學(xué)特性分析系統(tǒng)、優(yōu)化系統(tǒng)為平臺(tái),數(shù)控加工切削參數(shù)包括軸向切削切深ap、徑向切削寬度ae、機(jī)床主軸轉(zhuǎn)數(shù)S、進(jìn)給速度F等,結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況,機(jī)床選擇C800U高速加工中心,刀具選擇φ8合金銑刀,銑刀齒數(shù)3,刀具圓角R0.2,有效懸長30mm;加工材料為鋁合金2A12 T4,徑向切削寬度分別為2mm、4mm、6mm和8mm,銑削方式為順銑,采用水冷。

        2.1 動(dòng)力學(xué)仿真

        通過采集刀具與機(jī)床模態(tài)信號、進(jìn)行模態(tài)分析、動(dòng)力學(xué)仿真與優(yōu)化技術(shù),以確定機(jī)床-刀具系統(tǒng)在特定加工環(huán)境下的顫振穩(wěn)定域。仿真結(jié)果的顫振穩(wěn)定域圖如圖1所示。根據(jù)曲線可以確定非穩(wěn)定切削區(qū)域與穩(wěn)定切削區(qū)域,其中曲線下方為穩(wěn)定切削區(qū)域,上方為非穩(wěn)定切削區(qū)域,曲線周圍為穩(wěn)定與顫振臨界狀態(tài)。

        由此由圖1可看出,隨著切寬變化時(shí),切削穩(wěn)定的區(qū)域會(huì)變化,當(dāng)切寬增大或減少,相應(yīng)的切削穩(wěn)定的區(qū)域會(huì)增大或減少;當(dāng)切寬一定時(shí),當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速取波峰上的最大值時(shí),穩(wěn)定的切深最大,這樣可以提高加工效率。

        2.2 切削參數(shù)驗(yàn)證

        以顫振穩(wěn)定域?yàn)榛A(chǔ)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。根據(jù)如圖1所示,以刀具切削寬度8mm為例,根據(jù)顫振穩(wěn)定域圖選擇切削參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證,這樣可以使優(yōu)化所得到的參數(shù)符合實(shí)際生產(chǎn)需要。試切點(diǎn)選擇如圖2所示。

        根據(jù)選取的試切參數(shù)和試切點(diǎn)進(jìn)行試切,試切情況見表1。

        由試切情況得出如下結(jié)論:A點(diǎn)在非穩(wěn)定切削區(qū)域,發(fā)生嚴(yán)重顫振;C點(diǎn)、D點(diǎn)在顫振臨界狀態(tài),切削過程不穩(wěn)定,容易發(fā)生顫振;B點(diǎn)在穩(wěn)定切削區(qū)域,切削穩(wěn)定,切削效果好。

        穩(wěn)定域曲線是理想情況下的切削參數(shù),特別的針對切削深度,在實(shí)際應(yīng)用時(shí),切削深度需根據(jù)理論深度作相應(yīng)的調(diào)整;考慮到工件動(dòng)態(tài)特性的影響,應(yīng)對工件中弱剛性部分采集刀具與機(jī)床模態(tài)信號,進(jìn)行機(jī)床—刀具系統(tǒng)的動(dòng)力仿真,選擇切削參數(shù)時(shí),要注意控制切削力,以防止零件變形。

        現(xiàn)場加工切削參數(shù)與根據(jù)顫振穩(wěn)定域圖所得切削參數(shù)數(shù)據(jù)對比如表2所示:

        由以上表格中的數(shù)據(jù)可以看出,材料去除率提高了(29120-20000)/20000=45.6%。

        3 實(shí)際應(yīng)用

        在實(shí)際高效加工中,以加工外殼零件(見圖3)為例,采用本研究項(xiàng)目研究方法,在實(shí)際驗(yàn)證的基礎(chǔ)上,確定加工該零件刀具的切削參數(shù),采用這些切削參數(shù)加工,高效加工的單件加工時(shí)間從6.5小時(shí)縮短為4.1個(gè)小時(shí),提高效率37%,零件加工質(zhì)量穩(wěn)定。

        4 結(jié)論

        根據(jù)顫振穩(wěn)定域的分析和實(shí)際加工驗(yàn)證,通過調(diào)整切削深度、主軸轉(zhuǎn)速可以避免顫振的產(chǎn)生,獲得在不同條件下穩(wěn)定切削狀態(tài)下的最佳切削參數(shù)。通過高效加工切削參數(shù)研究與應(yīng)用,縮短了加工時(shí)間,提高了機(jī)床的利用率,達(dá)到降本增效的目標(biāo)。

        參考文獻(xiàn):

        [1]基于“X-CUT”數(shù)控切削參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床增效使能技術(shù)原理[M].北京:國防科技工業(yè)高效數(shù)控加工研究應(yīng)用中心,2010.

        作者簡介:鄧集松(1977-),男,湖南邵陽人,碩士,高級工程師,主要從事精密機(jī)械加工技術(shù)工作。

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