鄧文星,韓利萍,秦 俊,張艷文,楊少華
(1.山西航天清華裝備有限責任公司工藝處,山西長治 046012;2.火箭軍駐長治地區(qū)軍代室,山西長治 046012)
現(xiàn)代制造業(yè)要實現(xiàn)集成化、自動化及柔性化生產(chǎn),數(shù)控加工技術首當其沖,其產(chǎn)品質量的提升及勞動生產(chǎn)率的提高有賴于數(shù)控加工技術的廣泛應用[1]。圖1所示托座為某產(chǎn)品重要的焊接結構件,托座尺寸約為1,250×600×300mm。以前產(chǎn)品在下端有一個機加平面,可以作為整個托座后續(xù)加工的一個基準,進行后續(xù)的圓弧面加工和鏜孔?,F(xiàn)在的零件已經(jīng)沒有那個機加平面結構,使得此托座沒有了裝夾基準,給托座加工帶來了困難。采用以往的裝夾方式,在機加完圓弧面之后,無法精確找到鏜孔軸線所在的位置。托座二維結構如圖2所示,托座上端中心線與下端中心線夾角為2.45°,托座下端孔加工精度為φ60H7mm,即上偏差為+0.03mm,下偏差為0,且要求機加圓弧面直徑與機加孔軸線共面。以往生產(chǎn)過程中由于操作工采用裝夾方法不合理,導致對刀基準位置出現(xiàn)偏差,整個托座加工完成后不能滿足工藝圖紙要求,造成了大量返工返修,滯約了生產(chǎn)進度,影響了托座質量。
由于托座尺寸較大,采用180數(shù)控銑鏜加工,考慮到所需鏜孔長度270mm,要求鏜孔刀桿長280~300mm,在鏜孔過程中也受到銑鏜床轉速、進給、被吃刀量影響,找到最合理的切削參數(shù)即可保證鏜孔刀桿震顫最小,也可保證鏜孔精度要求[2]。
圖1 托座三維模型圖
圖2 托座二維平面圖
(1)刀具本身的因素。
刀片和托座的材料如果不匹配,鏜孔過程中會產(chǎn)生鏜孔表面粗糙度質量較差的現(xiàn)象;剛性相對較高的工藝系統(tǒng),支持較大的刀尖圓弧角切割。若鏜孔時每轉的進給量大于刀尖圓弧過渡刃的修光長度,將會造成加工后的表面修光不徹底。當?shù)额^的后角太小時,不論是主后角還是副后角,都會使刀尖與托座的摩擦面積增大,工藝系統(tǒng)發(fā)生振顫;未及時更換刀尖磨損嚴重的刀片,鏜孔時孔壁會出現(xiàn)“拉毛”的情況,必然導致鏜孔質量的下滑[3]。刀具因素對托座質量影響詳見表1所示。
表1 刀具因素對托座質量影響表
(2)切削速度的影響。
在鏜削過程中,當切削速度選擇不當時,鏜孔過程中會出現(xiàn)工藝系統(tǒng)發(fā)生高頻共振的現(xiàn)象,嚴重降低鏜孔尺寸精度和表面粗糙度質量。當切削速度過大時,可能或造成刀尖磨損嚴重,切削熱升高產(chǎn)生積屑瘤,必然降低鏜孔的尺寸精度和表面粗糙度質量;當切削速度太小時,鏜孔過程中存在刀尖崩刃導致孔壁產(chǎn)生劃痕現(xiàn)象,同樣降低鏜孔尺寸精度和表面粗糙度質量。
(3)進給量的影響。
在鏜孔過程中,若刀尖修光刃的有效修光長度小于所使用的刀具的單位進給量時,必然造成孔尺寸精度不勻稱,孔壁已加工表面出現(xiàn)“螺紋”狀的劃痕;當?shù)都庑薰馊械挠行薰忾L度比單位進給量大的太多時,又會導致道具與孔壁的重復性摩擦,進而降低孔壁的表面質量。
(4)鏜孔余量的影響。
當鏜孔的余量較大或不均時,必然會發(fā)生較大的切削阻力,導致鏜桿發(fā)生變形反彈,引起切削過程中不穩(wěn)定的現(xiàn)象,加工孔徑偏大且不均勻;當鏜孔的余量較小時,會使鏜刀“壓不住刀”,切削過程中產(chǎn)生讓刀現(xiàn)象,產(chǎn)生一頭大一頭小的錐孔。
為解決無裝夾基準的難題,設計托座專用工裝,其三維模型如圖3所示。托座加工工裝底部平面與水平面夾角為2.45°,上端圓弧面與托座上端圓弧面貼合,裝配示意如圖4所示。首先將工裝用壓板壓緊在工作臺上,使用托座加工工裝底面平面與水平面夾角2.45°來彌補托座上端圓弧面結構傾斜的2.45°,即將托座弧面R864mm與工裝弧面R864mm貼合,調(diào)整托座的中心刻線與工裝的中心刻線對齊,必要時使用墊片調(diào)整,從而保證托座底部孔φ60mm處于水平位置,即孔φ60mm軸線水平,以此來加工孔φ60H7mm(即上偏差為+0.03mm,下偏差為0)。
圖3 托座專用工裝三維圖
圖4 托座與工裝裝配示意圖
工藝方案優(yōu)劣是影響托座加工質量的重要因素。根據(jù)托座結構特征及余量等因素,將工藝方案確定為粗加工→半精加工→精加工。切削參數(shù)合適與否直接影響鏜孔表面質量[4],根據(jù)加工方式的不同,選擇不同的刀具,選擇刀桿長度為280~300mm,相應的切削參數(shù)如表2所示。
表2 刀具切削參數(shù)
在粗加工過程中,由于加工余量較大,產(chǎn)生的切削力較大,產(chǎn)生的切削熱也較多,為提高刀具的強度和耐磨性,選擇前角γo=5°、后角α0=3°、刃傾角λs=2°,由于托座剛性較差,為避免在加工中產(chǎn)生振動,選擇主偏角Kr=90°。
精加工內(nèi)孔時,為提高內(nèi)孔表面質量,保證內(nèi)孔的圓柱度和圓度公差要求,選用了后角位α0=11°、刀尖圓弧為R0.4mm的鏜刀,以減小切削力,避免在鏜削過程中產(chǎn)生振動。刀片形狀如圖5所示,裝在刀桿上如圖6所示。
粗鏜孔的目的是去掉孔壁的大余量,為精鏜做準備。粗加工中產(chǎn)生大量的切削熱與切削應力會導致工藝系統(tǒng)的變形加劇。半精鏜主要是進一步去除內(nèi)孔多余的余量,逐漸減小內(nèi)孔的形位公差,進一步提高內(nèi)孔表面加工質量,同時,選用較小的切削用量,減小切削熱和切削力,保證托座較小的變形;精鏜內(nèi)孔的目的是保證內(nèi)孔尺寸公差和表面粗糙度達到圖樣要求,使表面粗糙度值為Ra6.3μm,內(nèi)孔尺寸控制在φ60H7mm(即上偏差為+0.03mm,下偏差為0),為托座提供理想的尺寸和表面粗糙度值要求。
圖5 精鏜孔刀片示意圖
圖6 刀片與刀桿裝夾示意圖
通過設計托座加工工裝,對托座進行裝夾定位,為鏜孔做好了前期的準備工作,并在具體工藝方法上采取優(yōu)化的工藝方案,選擇了合理的加工方式、刀桿及切削參數(shù),保證了孔φ60mm的表面質量和精度要求,有效減少返工返修,同時縮短加工時間30%,破解了加工瓶頸工序,有效保證了車間生產(chǎn)進度。本方案還為后續(xù)類似零部件的生產(chǎn)開辟了思路,提供了經(jīng)驗,可推廣到更多類似產(chǎn)品加工。