張貝貝，秦 濤

(許昌學院 電氣與機械工程學院(工程訓練中心)，河南 許昌 461000)

鋁合金以輕結構、抗腐蝕性能強等突出優(yōu)點，在車輛、航空航天設備、醫(yī)學器材等領域得到了廣泛的應用，是實現輕量化、現代化的優(yōu)良材料，其中6061鋁合金是經熱處理預拉伸工藝生產的高品質鋁合金產品，屬于熱處理可強化合金，具有良好的可成型性、焊接性，切削性能優(yōu)良，具有中等強度.針對鋁合金材料的加工特性，刀具廠家研制了專業(yè)適用于鋁合金切削的刀具，且針對不同的鋁合金材料和刀具，生產商都給出了相應的參考工藝參數，但這些參數都具有保守性，為了在提高加工效率和保證加工質量之間找到平衡，丁濤[1]等建立了6061鋁合金加工的粗糙度預測模型，伍文進[2]等對工藝參數進行了研究，但都沒有考慮刀具本身的材質和螺旋角對實驗結果的影響[3-6].以6061鋁合金材料為例,采用正交實驗的方法，以不同的加工參數，通過鋁合金加工專用刀具在毛坯上試加工不同的幾個面，利用極差分析方法,分析出主軸轉速、進給速度、精加工余量對表面粗糙度的影響規(guī)律，探究合適的工藝參數組合.

1 鋁用立銑刀的特點

鋁合金材料的加工特性是強度比較低，表面硬度比較軟，更容易形成加工工件瘤，塑性變形量小，切屑容易卷曲，影響排屑.鋁加工專用立銑刀具的刃口銳利，降低切削阻力，45°、55°的螺旋角，大排屑槽，能夠保障切削順暢不容易積屑，較大的刀芯增強了剛性和抗震性，不容易崩刀，且能夠有效減少加工震紋.

2 實驗設計

2.1 實驗條件

加工設備選擇馬扎克VCS530CL三軸立式加工中心，該機床主軸功率22 kW,最高轉速12 000 r/min,開粗的刀具選用φ16 mm的立銑刀，精銑選用φ8 mm，刀長45 mm,刃長20 mm,螺旋角為55°的3刃鋁合金加工專用立銑刀,材質類型為整體鎢鈷類硬質合金.

2.2 實驗方案及結果

影響表面粗糙度的主要因素有主軸轉速、進給速度、精加工余量等，采用如圖1所示的零件，在30×30×50 mm的6061鋁合金塊上銑削出25×15 mm的4個面，通過UG編程軟件編寫開粗和精銑的加工程序，精銑方式為順銑，切削深度選為0.75倍的刃長(15 mm)，加工過程使用切削液.

圖1 精銑刀路

為了更準確地反映各因素對精加工效果的影響，以企業(yè)常見的加工設備為例，選擇了從低速切削到高速切削機床的四個精加工常見水平進行試驗(表1).選用五因素四水平的固定規(guī)格正交試驗表，可以進行16次試驗，完全滿足需求，最后選用便攜式粗糙度測量儀測量各表面粗糙度取平均值，并將試驗數據及所得表面粗糙度值記錄在表2中.

表1 精銑影響因素及水平表

表2 實驗設計(L1645正交實驗表)

3 結果分析及驗證

3.1 結果分析

表3 粗糙度極差分析結果

通過分析表3數據我們可以得出RB>RA>RC，即在這3個因素中進給速度F對側壁精加工的粗糙度影響最大，精加工余量h影響最小.

對比各因素的水平平均值，可以看出隨著主軸轉速的提高表面粗糙度在降低，隨著進給速度的增加粗糙度在增大，精加工余量對粗糙度的變化趨勢很小.

為了更直觀的找出主軸轉速和進給速度對粗糙度的影響，我們引用兩因素都相關的變量fz(每齒進給量mm/t).

fz表示每齒進給量；F表示進給速度；Z表示刀具刃(齒)數；S表示主軸轉速.

通過EXCEL辦公軟件計算出各個實驗編號中對應的每齒進給量，以fz為主序列進行升序排列，其結果如表4.

表4 每齒進給量fz與粗糙度Ra的對應數據

通過表4中相關數據制作出相應的散點圖如圖2所示，可得出：每齒進給量與粗糙度成正比，在常規(guī)的加工中，一般粗糙度數值要求為Ra3.2、Ra6.3、Ra12.5等，每齒進給量fz為0.05～0.1 mm·t-1時粗糙度為3～6.3 μm，0.1～0.15 mm·t-1時粗糙度為6.3～12.5 μm.

圖2 每齒進給量fz與粗糙度Ra的散點圖

3.2 結果驗證

為了驗證實驗結果的準確性，我們在3刃鋁用銑刀的前提下，選擇不同的工藝參數(表5)進行驗證.

表5 驗證實驗及結果

4 結論

通過以上結果分析，我們可以得出在使用鋁合金加工專用立銑刀精銑側壁時有以下幾點.

(1)在極差分析中可以得出，精加工三要素對粗糙度大小的影響程度為進給速度F>主軸轉速S>精加工余量h.

(2)每齒進給量fz與表面粗糙度Ra成明顯的線性關系，fz為0.05～0.1 mm·t-1時粗糙度為3.2～6.3 μm，fz為0.1～0.15 mm·t-1時粗糙度為6.3～12.5 μm.可在用鋁合金專用加工刀具加工6061鋁合金時，結合圖紙的實際粗糙度要求，精加工余量為0.2 mm.選擇每齒進給量fz，根據機床的實際功率和特性選擇主軸轉速S，最后計算出側壁精加工時的合理進給F.