基于數(shù)控車的深溝槽高效加工

■中國工程物理研究院電子工程研究所 （四川綿陽 621900） 于立青 胡 鵬 苗發(fā)祥 申 強

基于數(shù)控車的深溝槽高效加工

■中國工程物理研究院電子工程研究所 （四川綿陽 621900） 于立青 胡 鵬 苗發(fā)祥 申 強

摘要：對具有典型徑向深溝槽特征軸類零件數(shù)控加工的難點進行分析，將車銑原理應用于深溝槽的加工，通過方法的改進、數(shù)控程序的優(yōu)化，用刃磨后的改制刀具實現(xiàn)深溝槽的高效加工，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。

隨著數(shù)控設備的廣泛應用，充分挖掘數(shù)控設備的潛力，發(fā)揮出數(shù)控加工技術的優(yōu)越性也開始凸顯出其重要性。而擬定加工方法是工件數(shù)控加工的核心。選擇具有可操作性、優(yōu)化的加工方法，才有利于實現(xiàn)高切削效率，節(jié)省資源，降低成本，實現(xiàn)數(shù)控增效，體現(xiàn)出數(shù)控機床高精度、高效率的優(yōu)點。本文對已通過生產(chǎn)驗證的典型徑向深溝槽軸類零件加工實例進行分析，為類似零件工藝方法的改進和優(yōu)化提供借鑒。

1. 零件分析

如圖1所示零件，是具有徑向深溝槽特征的軸類零件。零件尺寸精度（IT6），表面粗糙度值Ra=1.6μm，材料為精密合金4J36，材料的可切削性與不銹鋼1Cr18Ni9Ti接近，屬難加工材料。

圖1　工件結構圖示意圖

其加工難點主要體現(xiàn)在3.2mm×f18.6mm的深溝槽加工，表現(xiàn)為：①槽底孔加工；槽窄（3.2mm）,而徑向切深較深（3.8mm）、刀具懸臂長、剛性差及易產(chǎn)生顫紋，造成表面粗糙度達不到要求。②基本無排屑空間，冷卻困難，極易產(chǎn)生積屑瘤、擠刀及扎刀現(xiàn)象，刀具壽命低。③對刀精度要求高，尺寸精度保證困難。

2. 加工方法的改進

此類槽通常的加工方法是先鉆中心孔、鉆孔、鉆平底孔后鏜孔，再用進口的切槽刀（刀片型號：伊斯卡GIQR11-200-0.05IC528）粗加工溝槽，最后用成形刀精加工。缺點是工步多、使用刀具數(shù)量多、加工效率低，且因刀具的單刃切削對工件擠壓易造成塑性隆起、毛刺突出，表面粗糙度和尺寸精度達不到要求。且進口刀具價格昂貴，因不易斷屑，每個刀片最多只能加工4 ～5件（刀具切削2件之后，刀具鋒利程度急速下降，容易擠屑，切削力增大，而使刀片崩碎斷裂，嚴重時甚至會造成鏜刀桿報廢）。其加工示意圖如圖2所示。

圖2　原方法的加工示意圖

原方法的粗加工溝槽程序需5段。

通過改進刀具，利用數(shù)控車

床的C軸功能配合動力刀頭能實現(xiàn)深溝槽的加工，具體方法是：采用刃磨后的改制刀同時完成平底孔及深槽的銑削，實現(xiàn)槽的粗加工（大余量的去除），最后用成形刀完成精加工。加工時工件和動力刀座上的刀具旋轉方向相反，刀具可根據(jù)工件結構偏移機床主軸線一定距離，以完成孔和溝槽余量的去除，加工示意圖如圖3所示。

新方法只用1把刀可同時完成平底孔及深槽的粗加工，且切屑易斷屑。同時，由于主軸旋轉和刀具旋轉的復合作用極大地提高了加工效率，具有工步少、輔助時間短及效率高的特點，每把刀具至少可加工零件100件以上。刀具是由普通立銑刀（高速鋼刀）改制的，成本低。

新方法的粗加工溝槽程序如下所示。

圖3　新方法的加工示意圖

3. 專用刀具的設計

要在數(shù)控車床上采用新工藝方法實現(xiàn)深溝槽的加工，首先要具備合適的刀具。為此，用普通立銑刀進行改進和刃磨，使之適應特殊溝槽的銑削。改進后的刀具如圖4所示。刀具改進要有以下5點應注意：①刃磨時應保證改進銑刀的多刃切削，不破壞銑刀的底齒和側刃。②考慮精加工余量，刃長尺寸b1應小于溝槽的寬度尺寸0.05～0.10mm。③刀具直徑尺寸fD在考慮刀具操作空間（進、退刀）的前提下，根據(jù)要加工的溝槽尺寸和零件結構盡可能選擇較大的直徑。④過渡處尺寸b2應大于端面至槽底的長度與槽寬之差。⑤過渡處b3盡量短，采用大斜角面過渡方式以提高刀具剛性。圖1所示工件選用f10mm的銑刀進行改制，fd為刀具直徑尺寸fD減去兩倍槽深，b1為3.1mm，b2為2.5mm，b3約為5mm。

圖4　改進后立銑刀示意圖

4. 結語

采取改進加工方法、合理設計專用刀具等措施較好地解決了平底深溝槽類零件的精密加工問題。加工方法在類似零件及不同設備上（ QUEST TWIN-TURN65 /ELITE Ⅱ-8/51）均通過了生產(chǎn)的驗證。同時，對于錐孔、異形孔等也可采用以銑代車的方法完成粗加工。新方法明顯簡化了編程，縮短了加工時間及輔助時間，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率，為類似零件的加工提供了有益的借鑒。

收稿日期：（20141026）

“工業(yè)機器人”約稿函

尊敬的作者：

您好！隨著科學技術的進步，工業(yè)機器人的使用越來越廣泛。為了推動工業(yè)機器人的普及應用，促進工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，滿足廣大用戶對工業(yè)機器人的需求，我刊在2015年特設工業(yè)機器人欄目，約稿如下：

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本次約稿的工業(yè)機器人側重于金屬加工冷加工的范疇，來稿一經(jīng)錄用，馬上安排發(fā)表！希望廣大作者和讀者積極投稿！

本刊編輯部