数控加工手段的探究与实践

       随着数控加工技术的广泛运用，数控机床精度高、稳定性好、功率高、自动化强等一系列优点在机械加工中得到了充沛体现，但用数控车床加工高硬度零件、薄壁零件、细长轴、细长孔等类零件，经常会呈现零件易变形，零件尺寸及外表粗糙度不易确保等技术问题。近几年，伴随着新的刀具资料、新的外表涂层及新式刀具的呈现，也衍生了新的切削加工工艺和加工方法，使此类零件在数控车床加工时的技术难题有了解决的或许。

　　2典型零件剖析2.1基本情况介绍以某典型零件为例，该零件为高硬度薄壁筒形零件，内腔由螺纹、台阶孔及圆角构成，零件资料为30CrMnSiA高强度钢，硬度HRC50～55，壁厚1.5～2mm，内孔粗糙度Ra1.6，螺纹与外圆、内孔的同轴度Φ0.02mm，内孔圆度0.05mm，其形状及尺寸如所示。

　　2.2首要加工难点剖析能够看出，Φ64.7mm内孔、M65×1.5螺纹、Φ69mm外圆及Φ65.7mm内孔的断续加工是该零件zui首要的加工难点，其Φ64.7mm内孔深度为122.8mm，zui薄处壁厚仅为1.5mm.该零件淬火后加工，因刚性差，极易发生变形，加上排屑困难，外表质量、圆度均难以确保，且存在断续切削时刀具易崩刃、磨损等现象。为确保该零件M65×1.5螺纹与内孔、外圆同轴度，且减小其淬火热处理后的螺纹变形量，该零件螺纹加工只能在淬火后进行。这些加工难点的存在，使得加工过程中刀具挑选、加工工艺路线组织、工艺装夹方法确定等成为该零件是否合格的要害。

　　3加工工艺过程规划经过对零件结构及其加工难点的剖析，拟定出以下加工工艺计划：a.下料b.退火c.普车粗加工外圆、平端面、钻Φ58mm通孔，确保两边外圆端面与零件轴线笔直。

　　d.数车粗加工内外型，平两边端面，并与零件轴线笔直，为确保淬火后的零件硬度能够到达规划要求，内外型均保留1mm余量。

　　e.热处理淬火HRC50～55.

　　f.钻旁边面6个Φ3.2mm孔。

　　g精加工零件右端，平端面，精车内孔、M65×1.5螺纹，一起半精车外圆尺寸至Φ69.4mm（为零件zui终加工留出0.2mm的精车余量），长度为66mm，并确保下道工序加工Φ64.7mm、Φ65.7mm内孔时能与螺纹同轴。

　　h.精加工零件左端，平端面，半精车外圆至Φ69.4mm，长度为70mm，别离精车内孔Φ64.7mm、Φ65.7mm，因为Φ65.7mm内孔圆周上有均布的6个Φ3.2mm的小孔，因而存在断续切削，应尽量防止与Φ64.7mm内孔使用同一把镗孔刀进行加工。

　　i.精车外圆，使用内涨胎精车外圆到Φ69mm.

　　4加工工艺计划规划4.1加工刀具的挑选在刀具手册、样本中，大大都将淬火硬度大于45HRC以上的切削界说为硬态切削。硬态切削大都情况下只能选用PCBN（聚晶立方氮化硼）刀片或金刚石刀片进行加工，此类刀片多选用负前角方法，刀片不尖利，耐性差，易破碎，且切削速度要求高，价格昂贵，假如用此类刀片加工该薄壁零件，简单发生振荡，且不能进行断续切削。因而，针对零件淬火后硬度到达HRC50～55，零件资料30CrMnSiA耐性、塑性好的特点，笔者根据自己多年来对刀具的研讨，挑选刀具。

　　刀杆刚性好，且为正前角刀具，刀片为正前角，前角为18o，物理涂层（PVD）复合陶瓷，涂层结构为（Ti，Al）N+TiN，合适于断续加工，耐性、耐磨性好，切削尖利，其加工硬度为40HRC.

　　内螺纹R166.4KF-20-16 R166.0L-16MM01-250 1020刀杆为全圆形结构，被包容面积大，装夹后刚性好，刀片为合适低速切削的物理涂层（PVD）刀片，外表有1～2μm的TiN涂层，切削刃尖利，耐磨性好，耐高温，抗切屑锤击能力强，加工时不易发生振荡，其加工硬度为47HRC.

　　镗孔A32T-SCLCL12 CCMT120404-WF5015（半精、精）刀杆为Φ32圆形结构，刚性好，且带有内冷却孔，能有用地使刀尖和零件得到充沛冷却，下降零件切削温度，减小变形。刀片为非涂层金属陶瓷，首要成分为TiC、TiN，刀片具有良好的耐性，在整个刀具寿数期间都能坚持刃口尖利，合适低速加工。一起，刀片带有修光刃（wiper），能有用进步零件外表粗糙度和加工功率（wiper刀片在外表粗糙度要求相同的情况下比普通刀片进给量快一倍）。

　　以上挑选的刀具，虽然在理论加工硬度上并不能满意加工需求，但笔者经过重复实验，经优化切削参数和刀具几许参数，完善夹具规划后，zui终使刀具满意了零件薄壁、高硬度、断续的加工要求。

　　4.2刀具的几许参数刀具几许参数的挑选。

　　4.3专用夹具规划⑴为了满意此零件加工需求，零件夹具规划时应先计算出卡爪夹紧力和切削力，然后得出机床卡盘需求调整到的压力。

　　卡爪夹紧力公式：W＝nDf KM 2式中：n――卡爪数；K――安全系数；f――摩擦系数；M――切削扭距；D――零件直径。

　　切削力公式：F c＝C Fc a xFc p f yFc v nFc c K MF KкrF KγоF KλsF KλεF切削扭距公式：M＝2 FcD式中：C Fc――系数；x Fc、y Fc、n Fc――指数；a p――吃刀深度；f――进给量；V c――切削速度；K MF――资料批改系数；KкrF――主偏角批改系数；KγоF――前角批改系数；KλsF――刃倾角批改系数；KλεF――刀尖圆弧半径批改系数。

　　经查切削手册，该零件加工时的主切削力为：F c＝2795×0.4 1.0×0.15 0.75×88 -0.15×）（650 2109 0.75×0.89×0.9×0.6×0.8N＝128N切削扭距：M＝2 FcD＝0.5×128×70 N？mm＝4480 N？mm卡爪夹紧力：W＝nDf KM 2＝nf KFc＝3.

　　0 3 128 2×N＝284.4N根据公式计算结果，留出一定的安全确保系数后，将卡爪夹紧力确定为300N.经过对机床液压缸压强逐步调整，zui后实验出液压缸压强在0.9bar时卡爪夹紧力能够满意要求。别的，规划了扇形软三爪，以增大夹持面积，减小零件夹紧变形，扇形软三爪如所示。

　　⑵在零件内孔加工完时又发现在Φ64.7内孔的R3圆周处呈现平均为0.05的部分变形（直径变大），剖析这或许是在加工R3时因为切削量突变形成的。

　　于是笔者一方面经过添加开槽套筒（如所示），来添加零件的有用壁厚，进步刚性，破坏振频，下降振荡，另一方面在编制加工程序时，选用R圆弧逐步减小办法，减小切削突变量。

　　⑶为确保外圆精加工能一次完结，且零件支撑面具有满足的刚性，选用内涨胎（如所示）进行外圆切削加工，这样能够防止因为磨削而形成的零件应力变形，进步加工功率。内涨胎规划为橡胶膨胀式的夹紧方法，拉杆拉紧时经过螺栓和压板揉捏楔块和支撑瓦片，橡胶套在楔块和支撑瓦片的作用下完结工件的夹紧。因为工件长度较长，接近主轴的一端刚性较差，为此规划了两种楔块，楔块1的倾角为12°和45°，楔块2的倾角为12.5°和46°，确保了工艺体系的刚性。橡胶套中央部位是经过三片支撑瓦片传力的，确保了中央部位的有用支撑、夹紧。

　　4.4切削参数挑选因为此零件为高硬度薄壁零件，加工时，刚性较差，易发生振荡，刀具的切削硬度又不足以满意加工需求，为此，在刀具和夹紧力相对固定的情况下，只能经过优化切削参数进行调整，以外表粗糙度计算公式Ra＝εr f 50 2×（f为进给量，εr为刀尖圆弧半径）为参阅，切削参数挑选。

　　4.5冷却方法冷却液为水溶剂极压切削液，冷却时选用机床主轴的冷却体系与刀座的冷却体系相配合，从零件左右两端一起进行冷却的方法，主轴冷却体系对准零件，刀座冷却体系对准刀尖，使加工部位得到快速充沛冷却，以减小切削时切削热对零件的变形影响，冷却液对零件冷却时切忌时有时无，以防止刀具呈现冷热交变而发生破裂现象。

　　4.6排屑问题的处理因为该零件孔的加工深度较深，半精车、精车时发生的铁屑又多为红褐色带状屑，简单形成内孔外表划伤，乃至损坏刀尖，因而在精车、半精车每一刀完结后应暂停，及时整理铁屑。

　　5数控加工程序规划5.1数控程序规划流程数控程序规划流程。

　　5.2数控程序规划此零件加工时选用的是西门子840D数控体系，其要害点加工程序如下。零件右端内孔及螺纹加工程序：

　　7结束语经过笔者介绍的方法，加工后的零件内孔粗糙度到达了Ra1.6，螺纹与外圆、内孔的同轴度为0.02mm，内孔圆度为0.03mm，完全符合规划要求，一次交验合格率到达了100％。有用解决了高硬度薄壁类零件的车削加工难题，并为高硬度资料零件的螺纹、断续加工等提供了一些经验，规划的夹具和总结的优化切削参数，打破了硬态切削的一些常规做法，大幅度进步了加工功率，下降了刀具费用。