在進行零件精加工生產(chǎn)時,與粗加工不同的是精加工中需要充分考慮裝夾、走刀、工藝參數(shù)對零件內(nèi)部應力的影響以及切削時切削力、切削熱對零件結(jié)構(gòu)的影響,控制變形,避免由于效率提升引起變形,造成零件精度及表面質(zhì)量破壞。
切削刀具的選擇
選擇更加合理的刀具可以直接提高生產(chǎn)效率。鋁合金材料的切削加工對刀具材料要求不高,一般采用硬質(zhì)合金銑刀即可,涂層可使用無涂層或金剛石涂層。在粗加工中由于不必考慮精度及質(zhì)量問題,可以最大限度高效切除金屬材料,因此可以選擇大直徑刀具,減少走刀次數(shù),縮短走刀時間。
另外,在粗加工中盡量選擇密齒刀具替代疏齒刀具,可以增加每轉(zhuǎn)進給量,在相同的轉(zhuǎn)速下切削速度可以得到增加。在精加工中,除了考慮材料高效去除的問題,還應充分考慮薄壁構(gòu)件在切削中受力變形控制問題。
高強度的鋁合金薄壁件精加工宜選用硬質(zhì)合金刀具。刀具前角不能太小,否則增大了切削變形和摩擦力,前刀面磨損加大,降低刀具使用壽命。此外,刀尖圓弧半徑的選擇應適當,刀齒不能太密,便于切屑排出,有利于進給量進一步提高,防止冷作硬化層,延長刀具使用壽命。
走刀軌跡的選擇
提速增效中一個較為有效的方法就是優(yōu)化走刀軌跡,在高速切削時要保證刀位路徑的方向性,即刀具軌跡盡可能簡化,少轉(zhuǎn)折點,路徑盡量平滑,減少急速轉(zhuǎn)向;應減少空走刀時間,盡可能增加切削時間在整個工件中的比例;應盡量采用回路切削,通過不中斷切削過程和刀具路徑,減少刀具的切入和切出次數(shù),獲得穩(wěn)定、高效、高精度的切削過程。
小曲率半徑曲面的走刀路徑
在整體結(jié)構(gòu)件的大型復雜曲面高速切削加工中,曲面曲率變化大時,應以最大曲率半徑方向作為最優(yōu)走刀方向;曲面曲率變化小時,曲率半徑對走刀方向的影響減弱,宜選擇單條刀軌平均長度最長的走刀方向。
大曲率半徑的曲面走刀路徑
在斜面加工時,若采用橫向水平走刀,每一段走刀距離都很短,在切削過程中主軸需要頻繁換向,切削穩(wěn)定性差,且由于切削的是斜面,水平走刀需要X或Y軸與Z軸的聯(lián)動,不利于切削速度的提升。
橫向水平走刀軌跡
因此,針對此類斜面加工,走刀軌跡盡量安排為平行于最長斜邊,不但走刀軌跡最長、換向次數(shù)最少,而且單道走刀都只是在XY平面運動切削,Z軸方向運動都是安排在工件輪廓之外的位置,即使在高速切削下亦可減小刀具損傷。
斜向平行走刀軌跡
切削參數(shù)的選擇
在粗加工時,一般可選擇大進給量與適當大的切削深度并配以中等切削速度的“大功率”高效切削,更能達到高材料切除率,從而極大提高生產(chǎn)效率。而對于精加工來說,只有提高轉(zhuǎn)速和增大齒數(shù)是可行的,而增大每齒進給量可能會降低表面精度,產(chǎn)生殘余應力導致變形。所以往往通過高切削速度、低每齒進給量的“輕切快切”來保證生產(chǎn)效率的提高和產(chǎn)品的精度及表面質(zhì)量。
切削參數(shù)可通過切削加工有限元分析和切削加工試驗確定,以一臺機床主軸最高轉(zhuǎn)速達24000r/min的龍門數(shù)控加工中心為例,通過Third Wave AdvantEdge 軟件分析,在薄壁壁板的粗加工過程中,若選用φ25mm或者φ32mm可轉(zhuǎn)位式刀具,對于切削用量的優(yōu)化,主軸轉(zhuǎn)速應適當提高,選擇范圍為12000~15000r/min;每齒進給量和切削深度不應過大,可選擇范圍分別為0.15mm/z和2~3mm。
部分測試仿真數(shù)據(jù)
在有限元分析所得參數(shù)可選范圍內(nèi)即可設計切削試驗,以切削效率、表面粗糙度、加工表面形貌為評判標準,最終選取最優(yōu)切削參數(shù)。
在鋁合金薄壁件的高效加工策略下,還需要上述刀具、走刀、切削參數(shù)等幾個方面的正確選擇。