金屬構(gòu)件加工中數(shù)控銑床內(nèi)孔以銑代鏜加工

萬英平，龔 波，宋榮燈

（四川宏華石油設(shè)備有限公司，四川 廣漢 618300）

在實際生產(chǎn)中鏜孔是機(jī)械加工最常見的生產(chǎn)加工方式。對于高要求的孔，不僅需要好的設(shè)備還要一套高精度的鏜刀，在鏜孔時需要多次試鏜，測量，試鏜測量，有些工件還需要先加工基準(zhǔn)面，做定位工裝，并多次裝夾。其成本高，效率偏低且不是一次裝夾完成還保證不了行位公差。所以我們要利用高精度數(shù)控銑床銑加工孔以達(dá)到鏜孔的效果。

1 數(shù)控加工以銑代鏜的數(shù)據(jù)參數(shù)

我公司主要生產(chǎn)的產(chǎn)品為金屬結(jié)構(gòu)件。其結(jié)構(gòu)件的特點為形狀不規(guī)則，有些地方還干澀機(jī)床行程。但我們要盡量做到一次裝夾完成高要求的孔。為了提高效率保證質(zhì)量我們只用兩把銑刀完成對孔的加工，減去鏜孔這一工序。現(xiàn)在我們以下圖為實例介紹以銑代鏜的加工過程。此圖?90通孔深227 為?160深22 ?145深20 ?130 深25 三個臺階孔，其中?160公差為+0.04~0.08 。?130為軸承孔公差為0+0.04 圓柱度為0.012與對稱孔的同軸度為0.03.孔的光潔度為1.6。

圖1 以銑代鏜加工圖

2 金屬零件加工工藝分析

工藝分析：關(guān)鍵孔?130，毛坯為實體圓柱。工藝步驟①先用?50深250的方尖銑刀依次粗銑臺階孔?160，?145，?130，?90都留量1MM.且不用打底孔，省去一道鉆孔工序。②不用換刀，同樣用?50深250方尖銑刀精銑?90深160孔，可以達(dá)到圖紙12.5光度要求。③換用?20深70鎢鋼銑刀依次精銑?130，?145，?160臺階孔。

硬件方面，首先我們需要一臺高精度的數(shù)控銑床。各軸行程應(yīng)大于圖紙工件最大尺寸。轉(zhuǎn)速0-1000以上，定位精度0.01MM,重復(fù)定位精度0.005，滾珠絲杠雙螺母，伺服電機(jī)，西門子840以上操作系統(tǒng)，主軸與進(jìn)給軸的平行度0.01以內(nèi)，主軸圓跳動也不應(yīng)超過0.005。高精度鎢鋼銑刀，圓柱度0.005以內(nèi)，圓跳動，直線度均在0.005以內(nèi)。

數(shù)控銑床專用語言是G代碼，程序運行會涉及到運行軌跡點相關(guān)坐標(biāo)，G代碼程序與金屬構(gòu)件裝夾存在一定的關(guān)聯(lián)性。如果將銑刀看作一點，假定將銑刀運行軌跡設(shè)置為OHIJKO，將銑刀直徑在多個點處形成圓弧，銑刀工作軌跡設(shè)計為O-h-H-I-i-j-K-k-O，控制銑刀直徑。

所編輯G代碼程序如下：

下側(cè)滑槽轉(zhuǎn)折點各點坐標(biāo)如下：

考慮到金屬零件在數(shù)控切削加工時受到其他因素影響，編寫程序如下：

滿足條件之后開始裝夾找正工件，左右借量并確定工件坐標(biāo)，第一孔和第三孔在同一軸心線上，同軸度是0.03。同軸度就是定位公差，理論正確位置即為基準(zhǔn)軸線。確定工件坐標(biāo)系后先用?50深250方尖銑刀粗銑，端面開始銑最大外圓?200，依次粗銑各臺階孔，直徑方向留量1MM,深度方向留量0.2MM，?90孔可加工到尺寸，不用再換深孔鏜刀了，因其公差和光度要求不高。然后換鎢鋼銑刀首先精加工有要求的?130孔。以西門子系統(tǒng)為例，編程如下；

在這個程序中確定了走刀路線，如圖所示；銑內(nèi)孔G3為順銑。從進(jìn)給方向看，切屑從刀具的右側(cè)排出為順銑。切屑從刀具的左側(cè)排出為劣銑順銑一般適用于精加工，其切削平穩(wěn)，走刀順暢，加工表面質(zhì)量好。劣銑一般用于粗加工。銑孔不同于鏜孔，鏜孔是主軸旋轉(zhuǎn)做圓周運動產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)圓。而銑孔是由X軸和Y軸聯(lián)動產(chǎn)生的圓，而銑孔產(chǎn)生的圓有可能不是標(biāo)準(zhǔn)的圓，產(chǎn)生的原因是機(jī)床各軸間隙過大，或者是X軸Y軸伺服電機(jī)不同步，或者是系統(tǒng)參數(shù)補償不合理等原因。

金屬零件加工中，外形的銑削涉及到多個圓弧過渡。傳統(tǒng)金屬零件加工可以在普通的銑床上完成，給金屬零件加工及夾取帶來不便，導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降，零件的加工精度也無法得到整體控制。加之金屬零件需要進(jìn)行輪廓加工、斜面加工等等，涉及到加工參數(shù)計算較為復(fù)雜，對零件中心孔定位、內(nèi)孔加工，需要將加工質(zhì)量及零件形狀精度進(jìn)行有效控制。此次數(shù)控切削采用兩次定位裝夾，根據(jù)基準(zhǔn)面主次，進(jìn)行先近后遠(yuǎn)、先里后外、先粗加工后精加工、先面后孔的原則依次劃分工序加工。金屬零件在進(jìn)行輪廓表面銑削通常使用立銑刀側(cè)面刃性切削。對于外圍輪廓加工，所使用的加工路線為:①從起刀點到下刀點；②沿切向切入工件；③輪廓切削；④刀具向上抬刀，退離工件；⑤返回起刀點。零件的尺寸無公差等級要求，區(qū)域面積不大，表面粗糙度要求不高，進(jìn)行切削加工時要保證外輪廓形狀不變形，只需要達(dá)到一般加工精度要求。所以此類金屬零件定位基準(zhǔn)是工件在夾裝定位時所依據(jù)的基準(zhǔn)。

3 以銑代鏜加工優(yōu)勢分析

現(xiàn)在我們要做的是以銑代鏜，用銑削的方式加工出來的孔達(dá)到鏜孔規(guī)定要求的質(zhì)量。前面我們硬件方面提出了高精密的數(shù)控銑床，其各參數(shù)達(dá)到了要求，在進(jìn)出刀和四個象限換軸向時產(chǎn)生的圓滑點會小于圖紙要求的圓柱度0.012。刀具方面，鎢鋼刀屬于精加工刀，切削鋒利順暢，孔表面的光潔度能達(dá)到1.6。這個光度已經(jīng)等于或大于大多數(shù)鏜孔的表面質(zhì)量。程序方面；走刀方向和走刀速度的控制可以避免橢圓度的產(chǎn)生，在實際生產(chǎn)中G3順銑加工出來的孔為最優(yōu)，還有一個非常關(guān)機(jī)鍵的走因素走刀速度，實踐中，不能孔大小，走刀速度不能大于200MM/分鐘。大于這個速度孔的橢圓度會隨著走刀速度的變大而變大。此圖為列，走刀速度大于200MM/分鐘，孔的橢圓度是0.01MM~0.02MM。就超出了0.012圓柱度要求，從而不能達(dá)到圖紙要求。此工件合理走刀120~140，當(dāng)然機(jī)床的精密度不同，走刀會有所不同。此圖切削參數(shù)為轉(zhuǎn)速1000，吃刀深度單邊0.2，走刀120.加工完成后三坐標(biāo)檢測結(jié)果為，?130和?160同周度為0.002，圓柱度為0.005.光潔度為1.6.各公差均達(dá)到圖紙要求。

此工件如果鏜孔需要4把鏜刀，校對4次內(nèi)量表，每個孔還需要經(jīng)過多次試鏜、測量比較費時。

以銑代鏜還有一個非常大的優(yōu)勢，那就是通過修改程序中R0的大小，可以精確控制圓尺寸的大小。比如精銑?130，當(dāng)R0=0.4時，測量出尺寸為129.6。也就是說孔的尺寸大小由程序控制。當(dāng)最后一刀精銑，切削用量不變的情況下我只要把R0=-0.02時，加工出來的孔就達(dá)到圖紙要求130.02。

所以以銑代鏜有兩大優(yōu)勢

（1）能精確控制尺寸大小，省去多次測量的時間。

（2）省去【鏜孔】一道工序，節(jié)約總加工40%左右的時間由于這兩個優(yōu)點達(dá)到了提高效率，控制質(zhì)量的目的。

4 結(jié)語

隨著工業(yè)制造中對金屬零件加工精度要求的提升，作為先進(jìn)機(jī)械制造裝備的代表數(shù)控銑床在加工過程中如何降低加工誤差、提高加工精度并保證產(chǎn)品的質(zhì)量，成為當(dāng)前國內(nèi)外研究者所研究的熱點。我們充分利用以銑代鏜，合理使用銑削的方式對金屬零件進(jìn)行加工，運用理論加工G代碼降低金屬零件加工出現(xiàn)誤差，以提高金屬零件加工的質(zhì)量。此文為筆者在實踐中總結(jié)出的一點經(jīng)驗，希望此文能給同行們提供一些幫助，有錯誤和不足的地方望共同探討。