加工中心磨削高精度卷邊模異形槽的研究與實(shí)踐

孫 簃

(蘇州市教育科學(xué)研究院，江蘇 蘇州 215004)

蘇州斯萊克精密設(shè)備股份有限公司是全球四家具有高速易拉蓋組合生產(chǎn)設(shè)備成熟生產(chǎn)技術(shù)企業(yè)之一，主營(yíng)產(chǎn)品為客戶提供易拉蓋高速生產(chǎn)線的整套設(shè)備。易拉蓋卷邊模是其中重要的組成部分。該模具中的內(nèi)、外卷邊器材料為38CrMoAl，其中的卷邊槽加工要求極高，以前公司都向國(guó)外廠商定做卷邊器，價(jià)格高。公司在國(guó)內(nèi)也尋找過多家外協(xié)企業(yè)加工，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。公司自行加工，缺少磨削直徑達(dá)800 mm 高精度數(shù)控磨床，投資上千萬元國(guó)外采購(gòu)，經(jīng)濟(jì)效益不高。如何用公司現(xiàn)有高精度加工中心加工內(nèi)、外卷邊槽，成為公司一個(gè)公關(guān)項(xiàng)目。筆者與企業(yè)技術(shù)人員一起，經(jīng)過努力，成功攻克。下面以內(nèi)卷邊槽加工為例，介紹其加工工藝方法。

1 內(nèi)卷邊槽加工難點(diǎn)分析

內(nèi)卷邊環(huán)零件圖如圖1 所示。

每分鐘內(nèi)卷邊槽要完成750 個(gè)易拉蓋卷邊，其加工質(zhì)量直接影響到易拉蓋卷邊質(zhì)量和卷邊速度。內(nèi)卷邊槽兩個(gè)角度要求為10°0' ±0.5'、20°0' ±0.5';槽底圓角要求為R 1.02+0.020mm 槽中心線到A 基準(zhǔn)面尺寸要求為12.4±0.015 mm，對(duì)A 基準(zhǔn)平行度為0.01 mm;槽深為2.94+0.020mm;粗糙度達(dá)Ra0.2 μm。該異形槽整體加工要求高，適合用高精度數(shù)控磨床進(jìn)行精加工，而用加工中心進(jìn)行加工，工藝要求高，加工難度大。

公司現(xiàn)有一臺(tái)YASDA YBM9150V 高精度加工中心，加工范圍為1 500 mm ×900 mm，設(shè)備加工精度5 μm，經(jīng)過反復(fù)實(shí)踐，摸索出一套較為可靠的加工工藝方法。

2 加工工藝方法

2.1 粗銑卷邊槽

(1)將工件用墊鐵墊起，沉頭面向下，平放在工作臺(tái)上，上平面圓心作為加工坐標(biāo)系原點(diǎn)。

(2)粗銑Φ374.82 mm 和Φ369.6 mm 外圓。選取Φ10 mm 銑刀，用UG4.0 加工模塊中的PLANAR_MILL 加工。單邊留0.05 mm 余量，層切量0.5 mm，轉(zhuǎn)速2 500 r/min，進(jìn)給1 500 mm/min。

(3)開槽。選取T 型Φ12 mm 銑刀(刃長(zhǎng)1.8 mm，厚2 mm)，用UG4.0 加工模塊中的PLANAR_MILL 加工。取R184.8 為邊緣線，Z=-13.47 mm，向內(nèi)扣1.8 mm，向內(nèi)分層量0.06 mm，轉(zhuǎn)速2 300 r/min，進(jìn)給1 500 mm/min。

(4)銑下半部分卷邊槽。選取T 型Φ12 銑刀(刃長(zhǎng)1.8 mm，厚2 mm)，用UG4.0 加工模塊中的ZLEVEL_PROFILE 加工。Z=-12.4 mm，單邊余量0.02 mm，層切量0.06 mm，轉(zhuǎn)速2 300 r/min，進(jìn)給1 500 mm/pm。

2.2 制備Φ65.4R0.7 的磨頭

(1)專業(yè)廠定制CBN 砂輪片。由于內(nèi)卷邊模材料為38CrMoAL，從專業(yè)廠定制陶瓷結(jié)合劑400#CBN 砂輪片。其具有磨削力強(qiáng)，高速加工不燒傷工件，可修正和耐用等優(yōu)點(diǎn)，是目前最理想的高速、高效和高精度的磨削工具。砂輪片結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

(2)準(zhǔn)備Φ65.4R0.7 的磨頭。選用MOORE G42坐標(biāo)磨床，加工范圍為1 000 mm ×500 mm，加工精度3 μm。對(duì)定制CBN 砂輪片進(jìn)行修磨，達(dá)到外徑Φ65.4 mm，厚1.4 ±0.005 mm(R=0.7 mm)，如圖3 所示。

理論上磨頭R 越小，刀具幾何形狀與切削運(yùn)動(dòng)引起殘留面積越小，加工尺寸精度和表面質(zhì)量越好。另一方面，R 越小，磨頭剛性下降，又會(huì)降低加工質(zhì)量。在試磨過程中，分別磨制R=0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0 mm 的磨頭，檢測(cè)比對(duì)卷邊槽尺寸誤差和粗糙度后，證實(shí)了上述的理論分析，發(fā)現(xiàn)磨頭圓角半徑選R=0.7 mm 時(shí)，加工質(zhì)量最好。

2.3 粗磨卷邊槽

(1)磨槽。選取Φ65.4R0.7 磨頭，用UG4.0 加工模塊中的PLANAR_MILL 加工。取R184.8 mm 為邊緣線，向內(nèi)扣2.90 mm，加工深度Z-13.1，向內(nèi)分層0.02 mm，轉(zhuǎn)速9 500 r/min，進(jìn)給3 000 mm/min。

(2)粗磨削下半部分卷邊槽。選取Φ65.4R0.7磨頭，使用UG4.0 加工模塊中的ZLEVEL_PROFILE加工，單邊留0.03 mm，層切量0.02 mm，轉(zhuǎn)速9 500 r/min，進(jìn)給3 000 mm/min。

(3)磨削上半部分溝槽。選取Φ65.4R0.7 磨頭，使用UG4.0 加工模塊中的ZLEVEL_PROFILE 加工。將工件下半部分以下端面鏡像，刀路生成后再以同一平面鏡像刀路，并向下平移1.4 mm，修改程序內(nèi)補(bǔ)正命令為G42。單邊留0.03 mm，層切量0.02 mm，轉(zhuǎn)速9 500 r/min，進(jìn)給3 000 mm/min。

2.4 精銑Φ374.82 mm 和Φ369.6 mm 外圓至尺寸

選取Φ10 mm 銑刀，用UG4.0 加工模塊中的PLANAR_MILL 加工，層切量0.5 mm，轉(zhuǎn)速2 500 r/min，進(jìn)給1 500mm/min。

2.5 精磨卷邊槽

(1)磨槽底至2.94+0.020mm。選擇Φ65.4R0.7 磨頭，用UG4.0 加工模塊中的PLANAR_MILL 加工。取R184.8 mm 為邊緣線，向內(nèi)扣2.94 mm，加工深度Z-13.1，向內(nèi)分層0.02 mm，轉(zhuǎn)速9 500 r/min，進(jìn)給3 000 mm/min。

(2)精磨下半部分卷邊槽至尺寸。選取Φ65.4R0.7 磨頭，使用UG4.0 加工模塊中的ZLEVEL_PROFILE 加工。層切量0.02 mm，轉(zhuǎn)速9 500 r/min，進(jìn)給3 000 mm/min，零位加工，程序內(nèi)加補(bǔ)正命令G41，用于調(diào)節(jié)加工尺寸。

(3)精磨上半部分卷邊槽至尺寸。選取Φ65.4R0.7 磨頭，將工件下半部分以端面鏡像，使用UG4.0 加工模塊中的ZLEVEL_PROFILE 加工。刀路生成后再以同一平面鏡像刀路，并向下平移1.4 mm，修改程序內(nèi)補(bǔ)正命令為G42。層切量0.02 mm，轉(zhuǎn)速9 500 r/min，進(jìn)給3 000 mm/min。

2.6 測(cè)量卷邊槽尺寸

加工完成后，工件勿拆卸。用錫鈹合金融化注入部分凹槽內(nèi)，待冷卻后，把錫鈹合金取出剖開，研磨截面，利用影像測(cè)量?jī)x測(cè)異形槽尺寸。如有偏差，修改程序內(nèi)補(bǔ)正命令參數(shù)，執(zhí)行“2.5(2)”或“2.5(3)”，直到全部尺寸符合要求。

2.7 拋光卷邊槽

把內(nèi)卷邊器裝夾在車床上，用氣動(dòng)磨筆裝夾羊毛拋光頭，卷邊槽拋光處涂W2.5 鉆石研磨膏，進(jìn)行精拋。

3 結(jié)語

經(jīng)過一年多的生產(chǎn)實(shí)踐及卷邊器實(shí)際使用情況，證明采用上述加工工藝生產(chǎn)的卷邊槽，質(zhì)量穩(wěn)定，用戶反映良好，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，為企業(yè)贏得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

通過這次加工工藝方法的創(chuàng)新，為同類產(chǎn)品提供了新的加工工藝路徑，克服了因缺少大型高精度數(shù)控磨床帶來的加工瓶頸，充分發(fā)揮了加工中心的作用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，具有一定實(shí)用性和推廣價(jià)值。

［1］肖軍民.UG 數(shù)控加工自動(dòng)編程經(jīng)典實(shí)例［M］.北京.機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［2］YASDA YBM9150V 操作說明書(11 -VP2030)［Z］.