王蘭 徐啟騰

摘 要：本文介紹了某高壓壓氣機(jī)機(jī)匣零件加工過(guò)程中島嶼表面向心（同心圓紋）粗糙度的加工技術(shù)，可達(dá)到島嶼表面Ra0.8的向心粗糙度要求。該島嶼表面與配套的裝配零件貼合，可以起到氣流密封的作用。與通常的垂直銑削表面不同，本文采用多軸聯(lián)動(dòng)的加工中心，使主軸回轉(zhuǎn)中心與被切削表面在互相垂直的基礎(chǔ)上傾斜1°，使用類似同心圓型或螺旋形的切削路徑，便可形成該類粗糙度，并且具有較高的粗糙度質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：機(jī)匣加工：向心粗糙度；同心圓紋表面粗糙度；

中圖分類號(hào)：V23 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

（1）研究目的及現(xiàn)狀

向心粗糙度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，采用該類標(biāo)注方式，零件表面加工紋路接近同心圓，采用傳統(tǒng)的加工方式如平面銑削及磨削等都無(wú)法滿足技術(shù)要求。該類表面粗糙度的目的為利用表面微觀紋路阻止空氣流動(dòng)，避免密封油液流動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)密封功能。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外實(shí)現(xiàn)類似表面粗糙度紋理的案例局限于回轉(zhuǎn)件的車削加工，表面粗糙度最高可以達(dá)到Ra0.1～Ra0.4。但目前尚未實(shí)現(xiàn)針對(duì)非回轉(zhuǎn)件的銑削及鏜削加工。

（2）研究意義

向心粗糙度的密封性能可以廣泛應(yīng)用于各類精密零件、組件及儀器，本文提出了實(shí)現(xiàn)向心粗糙度的銑削加工方案，在航空航天、深海電纜等裝備制造領(lǐng)域提供全新的設(shè)計(jì)理念及技術(shù)支持，對(duì)未來(lái)零件設(shè)計(jì)及制造方面提供更為優(yōu)秀的思路及技術(shù)，具有重要意義。

1 技術(shù)分析

1.1 圖紙要求

如圖1所示，在某零件外側(cè)島嶼表面存在向心粗糙度的要求，且需滿足Ra0.8。本文僅以其中一處為例進(jìn)行分析。

1.2 加工原理

欲實(shí)現(xiàn)同心圓紋的微觀結(jié)構(gòu)，需要采用刀尖進(jìn)行切削，經(jīng)過(guò)圓周與徑向進(jìn)給，使刀具按同心圓的軌跡或螺旋線軌跡切削零件表面。而僅使用刀尖銑削不僅效率低下，且切削表面有明顯紋路并有觸感，無(wú)法滿足較高的粗糙度要求乃至密封要求。

在形成同心圓環(huán)的兩次圓周銑削過(guò)程中，零件表面必然存在兩次銑削造成的高度差，刀尖走過(guò)的部位的材料被去除，未被刀刃切削的部位的材料被留下，就會(huì)產(chǎn)生“牙形”的截面，一般肉眼難以分辨，但粗糙度較高的表面會(huì)有觸感。此時(shí)，減小兩次銑削產(chǎn)生的高度差便可以明顯達(dá)到更高的粗糙度要求。

本文采用圓柱立銑刀進(jìn)行銑削，并使機(jī)床主軸與切削平面在相互垂直的基礎(chǔ)上傾斜某一角度，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)同心圓環(huán)的粗糙度要求及較高的粗糙度要求，其原因及優(yōu)勢(shì)在于：

（1）刀刃圓角與零件表面接觸后，存在某一小段刀刃作為“刀尖”進(jìn)行切削。

（2）微小的刀具傾斜角度保證了在“刀尖”參與切削的過(guò)程中，被抬高一側(cè)的刀刃也能夠參與切削，不僅能明顯降低第二次切削與第一次切削產(chǎn)生的高度差，而且能減小切削力，使得切削進(jìn)程更加平穩(wěn)，節(jié)省刀具。

（3）由于該加工為表面成型的精加工，去除材料少，采用帶有8個(gè)或以上的切削刃的刀具，配合切削液，可以減少刀具磨損，達(dá)到較高的粗糙度要求。

由于“刀尖”需要通過(guò)微小的徑向移動(dòng)切削整個(gè)表面，而每次“刀尖”所切削的表面較少，所以切削效率不高。因此使用該方案對(duì)設(shè)備能力有較高要求：第一，設(shè)備應(yīng)具備多軸聯(lián)動(dòng)功能，需保證主軸與被切削表面可以形成夾角；第二，設(shè)備應(yīng)具備高進(jìn)給能力，以提高加工效率。

2 加工方案

島嶼表面采用五軸加工中心銑削形成。

步驟一：粗銑、半精銑表面，并保留0.3mm的最終加工余量。

步驟二：采用下述方法一次加工完成并實(shí)現(xiàn)同心圓紋型的零件微觀表面。

2.1 加工參數(shù)

本文僅針對(duì)步驟二進(jìn)行討論并選取加工參數(shù)。

（1）設(shè)備：五軸加工中心，配備水基切削液。

（2）刀具：本文選取的高進(jìn)給圓柱立銑刀，帶有8個(gè)切削刃及冷卻槽。

刀具直徑：φ20mm；總刀長(zhǎng)：105mm；刃長(zhǎng)：35mm；切削刃圓角：R10。

參數(shù)：

主軸轉(zhuǎn)速：1144r/min，保證刀具有效切削直徑φ9.74mm。

進(jìn)給量：2740mm/min。

切削深度：0.3mm。

主軸相對(duì)加工表面法向的傾斜角度：1°。

徑向銑削進(jìn)給量：0.6mm/360°。

（3）加工方向：由加工表面外部向中心順（逆）時(shí)針切削。

結(jié)論

本文介紹了向心（同心圓紋）粗糙度的具體要求，通過(guò)理論分析給出了在銑削加工中形成該類粗糙度的方法：

采用多軸聯(lián)動(dòng)的加工中心，使主軸回轉(zhuǎn)中心與被切削表面在互相垂直的基礎(chǔ)上傾斜某一角度，使用類似同心圓型的或螺旋形的切削路徑，便可形成該類粗糙度，并且具有較高的粗糙度質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]袁長(zhǎng)良.表面粗糙度及其測(cè)量[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1989.

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