高速銑外形閉角殘留的去除方法分析

喬娜

[關(guān)鍵詞]外形閉角;殘留;工藝流程;程序編制

隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)在快速的發(fā)展，社會(huì)在不斷的進(jìn)步，在板材高速銑加工范圍內(nèi)，對(duì)航空結(jié)構(gòu)件加工中出現(xiàn)的外形閉角殘留進(jìn)行了定義和分析，通過(guò)具體實(shí)例給出了外形閉角殘留的幾種去除方法，分別對(duì)各個(gè)方法的適用范圍及存在的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了闡述與研究。

在現(xiàn)代軍工、航天等工業(yè)中，高速銑削已廣泛用于加工技術(shù)要求較高的精密傳感器的安裝平臺(tái)，但精度和效率間的矛盾一直困擾著相關(guān)業(yè)界。加工中的變形直接影響零件精度，這是生產(chǎn)中長(zhǎng)期存在的技術(shù)難題。目前，在這方面加工工藝及相關(guān)研究方面還不深入，控制加工中變形的相關(guān)工藝措施不完善。由于變形程度隨零件尺寸的增大而加劇，這種狀況若不加以解決，會(huì)嚴(yán)重制約相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。因而研究高速銑削加工變形的機(jī)理及制定相應(yīng)的工藝措施，對(duì)于提高我國(guó)相關(guān)工業(yè)的發(fā)展水平具有重大的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

一、加工閉角零件的原理

針對(duì)現(xiàn)有兩種閉角零件加工方法出現(xiàn)的問(wèn)題，引進(jìn)了一種錐度銑刀，用于加工具有閉角結(jié)構(gòu)的零件。該錐度銑刀是一種切削部位呈圓錐狀，柄部為圓柱狀的銑刀。刀具切削部位直徑要大于刀具夾持部位直徑，這樣可以在三坐標(biāo)上直接加工一定范圍內(nèi)的閉角零件，而不需要采用專用的角度工裝。不僅節(jié)約了五坐標(biāo)數(shù)控資源及工裝成本，而且還提高了零件加工中的周轉(zhuǎn)效率，避免了零件重復(fù)裝夾造成的定位誤差。

二、外形閉角殘留的去除方法

（一）夾具法

根據(jù)對(duì)外形閉角殘留的形成原因所做的分析，可以發(fā)現(xiàn)，只要消除了刀具與工作臺(tái)之間的干涉，就可以將殘留去除，刀具與平臺(tái)的干涉高度值h′=h。由于板材單面加工，都是以工作臺(tái)定位，要想升高零件的加工位置，切削時(shí)給刀具與工作臺(tái)間留出足夠的空間，就需要增制一套銑切夾具。在工作臺(tái)上完成全部加工后，再在夾具上去除外形閉角殘留。夾具法的應(yīng)用涉及工藝流程更改、數(shù)控程序編制和夾具設(shè)計(jì)共三個(gè)方面。①工藝流程的更改。保持原數(shù)控工序內(nèi)容不變，僅在原數(shù)控工序后，增加銑外形閉角殘留工序。②數(shù)控程序的編制。與編制精銑外形程序相仿，區(qū)別僅在于加工底面偏值中設(shè)置負(fù)值，其偏值大小，應(yīng)略大于閉角殘留高度。③夾具的設(shè)計(jì)。夾具的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)夾具法的關(guān)鍵，首先需要考慮零件的定位方式，根據(jù)零件以工作臺(tái)定位加工后的狀態(tài)選取定位基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)合理定位;其次需要考慮夾具高度，夾具高度是消除干涉的關(guān)鍵因素，夾具高度值應(yīng)大于刀具與工作臺(tái)干涉高度值h′;最后需要考慮夾具外部輪廓，避免刀具與夾具干涉。以某機(jī)前座艙側(cè)地板為例，零件單面加工，一側(cè)外形為變化外形閉角，腹板上有2-Φ18H9工藝孔，根據(jù)在數(shù)字模型上量取的外形閉角的角度及所選刀具的直徑計(jì)算得到最大閉角殘余高度值約為12mm。因此產(chǎn)生的銑切夾具設(shè)計(jì)思路，是以零件底平面和2-Φ18H9工藝孔定位，夾具高度選定為14mm，夾具外廓按零件外形最小輪廓投影制造，此工裝即可滿足去除外形閉角殘留要求。夾具法適用于外形閉角的角度變化且易于定位裝夾的零件，從外形閉角殘留高度的計(jì)算公式可以看出，當(dāng)外形閉角的角度發(fā)生變化時(shí)，外形閉角殘留高度也隨之變化，使用按照外形閉角殘留高度最大值設(shè)計(jì)出的夾具，可以保證在數(shù)控加工中完全去除外形閉角殘留，零件易于定位裝夾，可以很容易地設(shè)計(jì)并制造夾具。夾具法的優(yōu)點(diǎn)，在于對(duì)工藝方案的改動(dòng)量小，保留了原有工藝流程的全部?jī)?nèi)容及順序，編程工作量小，編程難度低，易于推廣和實(shí)施;缺點(diǎn)在于增加了夾具設(shè)計(jì)、制造的工作量和零件生產(chǎn)成本。

（二）刀具進(jìn)給方向的選擇

通常情況下，軋制板料存在較明顯的各向異性，即沿垂直于軋制方向上的屈服應(yīng)力δ0.2大于平行軋制方向的材料的屈服應(yīng)力。所以在銑加工時(shí)，刀具的行進(jìn)軌跡應(yīng)盡可能選擇與板料軋制方向一致，這樣可以有效地減少切削應(yīng)力的產(chǎn)生。

（三）連接筋法

閉角外形開(kāi)敞的零件在加工正面內(nèi)形時(shí)需將預(yù)銑切部位完全切開(kāi)，無(wú)法保證毛料的封閉。對(duì)于這種結(jié)構(gòu)的零件，可以在外形切斷前保證預(yù)銑部位的封閉，在外形切斷后將殘留物去除，通過(guò)連接筋保持零件穩(wěn)固。連接筋法的應(yīng)用同預(yù)銑法相同，涉及工藝流程更改和數(shù)控程序編制兩個(gè)方面。①工藝流程的更改。在原數(shù)控工序前，增加預(yù)銑外形閉角殘留工序;在原數(shù)控工序末尾，增加銑殘留工步;在原數(shù)控工序后，增加鉗工工序裁切連接筋。②數(shù)控程序的編制。連接筋法的程序編制與預(yù)銑法大致相同，除在閉角外形處建出輔助面外，還需在模型四周建出連接筋，連接筋個(gè)數(shù)及寬度，視零件大小而定，位置沿零件四周均部。以某機(jī)11A肋為例，零件單面加工，閉角外形開(kāi)敞，在模型上建出預(yù)銑面、預(yù)銑高度面、檢查面和連接筋。預(yù)銑及銑外形程序與預(yù)銑法程序編制相同，編制內(nèi)形程序時(shí)，以零件和檢查面選取導(dǎo)動(dòng)邊界;編制切斷程序時(shí)，以連接筋作為檢查面;此外還需編制銑殘留程序。

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