| HIR導軌方型滑塊LMR20R LMR45LR RUS38164B |
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零部件的強度與剛度、韌性、抗腐化抗斷裂本領(lǐng)，同時低沈它們的重量。爲此，普遍利用輕合金質(zhì) 料制成的薄壁團體布局件．它們還可以淘汰零件總數(shù)和裝置事情量。但是，薄壁團體布局件質(zhì)料切 除率高達90%以上，必要開心控制加工變形和提高效率，對呆板加工提出了高新技能要求。 高速切削是當今天下先輩制造技能之一。它加工效率高，切削力小，試件外貌溫度低，可以大概提 高加工精度，特別得當加工薄壁團體布局件，外洋一個典範的應用實例，便是議決高速銑削波音和 空中客車灰機機身團體布局件，使肋片厚度明顯減薄，高度增大，有效減輕了灰機的自重而低沈耗 油量，終實現(xiàn)了遠東至西歐中間不著陸的洲際直飛。國內(nèi)高速切削的應用開辟尚處于起步階段。本 文針對鋁合 連波導試件，探究薄壁團體布局件的高速銑削工藝優(yōu)化問題。 1 試驗任務、條件與工藝要領(lǐng) 1 圖1 三連波導反面 1 圖2 C1200U 高速銑削三連波導正面 試驗任務 HIR導軌方型滑塊LMR20R LMR45LR RUS38164B圖1表現(xiàn)三連波導成品，其小壁厚2mm，質(zhì)量2.35kg， 屬于典範的多筋薄壁團體布局件，毛坯質(zhì)料爲防鏽鋁LF21(GB1173-86)長方體板材，屬于一種塑性 鋁合金，質(zhì)量約12.25kg，議決銑削加工被“掏空”，質(zhì)料切除率爲80.8%，其質(zhì)料硬度爲45HB，抗 拉強度180MPa，伸長率12%。 金屬切除量大，成品壁薄，剛度低，加工中必要辦理的緊張問題是控制和減小變形。接納平凡速度 數(shù)控銑削工藝要領(lǐng)，加工時間長達50h ，必要中間熱處理懲罰以消除加工應力、控制變形，因此， 加工中還必要開心提高加工效率、收縮時間和低沈成本。 根據(jù)外洋資料報道，對付抗拉強度顯著低于鋼鐵質(zhì)料的鋁合金，可以接納高速切削來完成全部粗、 精加工任務；從工序會合原則出發(fā)，便是僅僅利用一臺高速切削加工中間。 試驗條件 試驗接納德國Hermle C1200U型五軸聯(lián)動高速銑削加工中間，如圖2所示。它的緊張事情參數(shù)是：主 軸轉(zhuǎn)速n=20～24,000r/min，大輸出功率爲23kW，扭矩爲 79Nm；沿x，y，z軸的行程分別爲1,200， 800，500mm，大直線進給速度30m/min，大加速度4m/ s-2，定位精度0.01mm; A軸擺動範疇-97°～ 15°, C 軸爲事情臺，360°轉(zhuǎn)動；事情臺面直徑800mm，承載本領(lǐng)1t。CNC(謀略機數(shù)控)體系爲德 國Heidenhain iTNC 530，謀略處理懲罰一條數(shù)控指令的速度，從上一代體系的4ms低沈到0.5 ms， 機床備有30個位的庫，以及激光式具在線檢測體系，和打仗式工件在線檢測、數(shù)據(jù)紅外無線傳輸?shù)?br /> 裝置。 試驗加工前，首先接納安置在高性能微機事情站上的UG NX版CAD/CAM軟件體系完成試件三維造型， 然後如下文介紹訂定高速銑削加工工藝，再利用UG NX生成軌文件、數(shù)控編程和後置處理懲罰．所 得到的數(shù)控加工步調(diào)議決網(wǎng)絡傳送到機床CNC數(shù)控體系後，顛末試運行和須要的修改增補，才用于 試驗加工。 高速銑削工藝 控制加工變形 HIR導軌方型滑塊LMR20R LMR45LR RUS38164B影響加工變形的因素許多，包羅毛坯的構(gòu)造布局、纖 維走向和內(nèi)應力散布，加工中的種種作用力、熱以及所引起的試件物理與化學變革等。要控制和減 小加工變形，必要合理制備或選擇毛坯，合理選擇裝夾要領(lǐng)，對毛坯或半成品熱處理懲罰，並議決 合理擺設工序和走蹊徑、合理選用具與切削用量參數(shù)、合理冷卻潤滑，來低沈切削力和切削溫度。 本文試驗研究不涉及毛坯的制備或選擇，並且以省略中間熱處理懲罰工序爲目的之一以下偏重討論 其他工藝優(yōu)化步伐。 裝夾要領(lǐng) 三連波導外形尺寸爲791mm×156.8mm×32mm，長寬面積與厚度尺寸之比不算特別大。經(jīng)太甚析比力 和實行，用壓板從毛坯兩側(cè)工藝通槽的 4個作用點把它壓緊在機床事情臺上(如圖2所示)，可以有 效 備試件變形，而且方便省時，不必要制造專用夾具。高速銑削鋁合金質(zhì)料切削力小，恰當減小 夾緊力有利于 備裝夾變形。要是試件長寬面積與厚度尺寸之比很大、剛度很低，大概必要增設大 量夾緊點和制造專用夾具．試件的裝夾步伐每每會成爲工藝要害之一。 工序擺設和走蹊徑 三連波導正反兩面都有型腔和長槽，中部還出現(xiàn)兩組工字形通槽，如圖2所示。以是，擺設工序時 ，必要服從分面加工和粗精加工離開的原則。此中，又以分面加工優(yōu)先，即加工完反面再加工正面 ，僅僅重複裝夾一次；在一次裝夾中完成試件一壁的全部粗精加工工序。其目的在于淘汰重複裝夾 即找正試件次數(shù)，提高精度和效率。 1 圖3 圓弧或傾斜地徑向切入、切出試件 HIR導軌方型滑塊LMR20R LMR45LR RUS38164B爲克制在薄壁試件一個局部連續(xù)深入一下子切除大量 質(zhì)料，而造成應力散布急劇變革以致加工變形，粗精加工都遵照分層切削的原則；銑切人試件到達 某一深度後，在屬于同一範例而分開的各型腔或長槽內(nèi)依次走一遍．此中，擺設走蹊徑盡大概分身 到連結(jié)總體多少對稱和薄壁兩側(cè)對稱。在具的切入要領(lǐng)及走蹊徑、切削用量參數(shù)方面，粗精加工有 不少變革．高速切削相對活動速度高，讓銑圓弧或傾斜地徑向切入試件(如圖3所示)，大概軸向螺 旋地進 (如圖4所示)，有利于連結(jié)切削進程安穩(wěn)，提高加工精度和外貌質(zhì)量，延伸具壽命．本次試 驗粗加工型腔、首軸向切進毛坯實體時，接納了與上平面夾角小于 5°的傾斜進要領(lǐng)．精加工切深 小，螺旋或傾斜進而不外切比力困難，以是讓銑直接沿軸向降落。精加工的位軌跡形成終表面外貌 ，要克制緊貼在外形表面上進退。別的，精加工必要切除粗加工殘留的地區(qū)(亦稱爲剩余質(zhì)料銑切) ，具的直徑D比力小。 具 試驗加工緊張接納國際著名具廠家適于切削鋼、鑄鐵、塑性鋁合金等多種工件質(zhì)料的團體硬質(zhì)合金 具，外有TiCN塗層。它們精度高，動平衡不壞，壽命長，對控制變形、提高加工精度和外貌質(zhì)量孕 育産生了良不壞結(jié)果，由于試件的底和壁都薄，加工中利用平底立銑，以克制帶圓角立銑切削時孕 育産生向下的作用力，造成試件底部翹曲變形。 切削用量 與平凡速度銑削加工雷同，高速銑削粗加工仍以提高質(zhì)料切除率爲主，一樣平常其軸向切深ap、徑 向切深ae和每齒進給量fz比力大；而精加工以到達加工精度和外貌質(zhì)量爲主，切削速度vc更高。 1 圖4 軸向螺旋進與分層圍繞走 HIR導軌方型滑塊LMR20R LMR45LR RUS38164B議決調(diào)研和切削力、切削溫度試驗測試，確認高速銑 削塑性鋁合金質(zhì)料時，應當選取銑削線速度vc＞1,583m/min，大概至少選取vc＞804m/min，以便使 切削力和切削溫度隨著vc提高顯著降落，同時減小加工變形、提高加工質(zhì)量和效率。限于銑直徑、 具懸伸和環(huán)境溫度等制約條件，試驗中主軸轉(zhuǎn)速未到達高值，實際vc max≈1,13lm/min。 試驗測試進一步表明，減小軸向切深、恰當增大徑向切深尤其是進給量，有利于低沈切削力和切削 溫度以及控制加工變形。因此，試驗加工中各道工序的ap≤1mm，並且由粗加工至精加工依次遞減 ．原則上，ae=0.75D，銑型腔和槽首切入實體時，ae=D，而受槽脫期制，二次走通常ae＜0.75D。 銑型腔時，D較大強度較高，fz=0.107～0.200mm，成形銑腔體斜面的fz=0.094mm，而銑槽時，D小 強度低．顛末試驗，選取fz=0.048～0.072mm．此中，當D=3mm時，fz=0.048～0.056mm，可以克制 銑折斷。 以上每齒進給量與平凡速度銑削工況下相當。但本次試驗主軸轉(zhuǎn)速n高達15,600r/min。根據(jù)進給速 度謀略式vf=fzZn/1,000=fzZvc/pD(Z是銑齒數(shù))，可以算得vf=3～6m/min，大大高于平凡速度銑削 。小軸向切深，大進給速度，是高速切削加工的另一個根本特征，也是同時實現(xiàn)減小加工變形、提 高加工質(zhì)量和效率的一個根本前提。 銑削要領(lǐng)與冷卻潤滑 毛坯沒有粗糙牢固的外皮。試驗測試表明，順銑要領(lǐng)切削力明顯低沈，並且理論分析和文獻指出， 它有利于形成切屑、連結(jié)切削進程安穩(wěn)以及提高加工外貌質(zhì)量。 加工塑性鋁合金接納高效乳化切削液冷卻潤滑，有利于低沈切削力和切削溫度，並可 備切屑粘結(jié) 在團體硬質(zhì)合金銑上不能疏散而使具報廢。 提高加工效率 如上所述，許多控制加工變形的工藝步伐，包羅優(yōu)先思量分面加工，粗精加工離開，大進給速度等 ，可以大概同時提高效率，收縮加工時間。 除此之外，擺設工序要過細盡大概淘汰換次數(shù)。本次試驗把清角合並爲一道工序，放到每一壁加工 的後，節(jié)省時間而不影響加工質(zhì)量。 確定高速銑削加工走蹊徑，首先必要過細克制突然變化走偏向和進給速度；接納圖4所示的分層圍 繞走，可以克制傳統(tǒng)往複式走換向時的急停急動造成打擊，也沒有閉環(huán)走後每次必要橫向移動一小 段距離孕育産生的接 ，因此，加工效率和質(zhì)量高，具壽命長。 2 試驗結(jié)果 HIR導軌方型滑塊LMR20R LMR45LR RUS38164B議決采取以上工藝優(yōu)化步伐，試驗加工三連波導省略 了中間熱處理懲罰工序，粗精加工統(tǒng)共耗時14.13h ，低于預定的優(yōu)化目的時間16h。 用三坐標測量儀和外貌粗糙度儀檢測，成品型腔緊張形狀和位置尺寸精度合格。以正面作基準，測 量到的反面不屈面度爲0.16mm，外貌粗糙度Ra≤1.6μm，都到達了圖紙要求。 本試驗研究表明，應用高速銑削技能加工薄壁團體布局件，可以有效地控制和減小加工變形，並且 大幅度提高效率，收縮時間。要害的工藝關(guān)鍵，在于毛坯，工件裝夾，工序擺設，走蹊徑，具與切 削用量參數(shù)，銑削要領(lǐng)與冷卻潤滑．此中所謂高速，首先雖然是機床高的切削速度與主軸轉(zhuǎn)速，但 它還必要具備高的軸向進給活動速度和加速度，以及CNC數(shù)控體系高的謀略處理懲罰速度，CAD/CAM 軟硬件體系高的謀略機資助造型和編程速度。 數(shù)控車床通常連續(xù)實行種種切削加工，架在換時前一具尖位置和新?lián)Q的具位置之間會孕育産生差 異，具安置也存在誤差、具磨損和尖圓弧半徑等誤差，若倒黴用具補償成果予以補償，就切削不出 切合圖樣要求形狀的零件。別的，合理利用具補歸還可以簡化編程。數(shù)控車床的具補償可分爲兩類 ，即具位置補償和具半徑補償。 1 具位置補償 加工進程中，若利用多把具，通常取架中間位置作爲編程原點，即以架中間! 爲步調(diào)的肇始點，如 圖1所示，而具實際移動軌跡由具位置補償值控制。由圖1（a）可見，具位置補償包羅具多少補償 值和磨損補償值。 圖1 具位置補償 HIR導軌方型滑塊LMR20R LMR45LR RUS38164B由于存在兩種情勢的偏移量，以是具位置補償利用兩 種要領(lǐng)，一種要領(lǐng)是將多少補償值和磨損補償值分別設定存儲單元存放補償值，其格局爲： 另一種要領(lǐng)是將多少偏移量和磨損偏移量合起來補償，如圖（b）所示，其格局爲： 總補償值存儲單元編號有兩個作用，一個作用是選擇具號對應的補償值，並實行具位置補償成果； 另一個作用是當存儲單元編號00時可以取消位置補償，比方T0100，表現(xiàn)消去+號具當前的補償值。 圖2表現(xiàn)位置補償?shù)淖饔，圖2中的實線是架中間A 點的編程軌跡線，虛線是實行位置補償時A 點的 實際軌跡線，實際軌跡的方位和X、Z軸的補償值有關(guān)，其步調(diào)爲： N010 G00 X10 Z-10 T0202； N020 G01 Z-30； N030 X20 Z-40 T0200； 圖2 具位置補償作用 數(shù)控車床體系具布局如圖3所示，圖3中P爲假想尖，S爲頭圓弧圓心，r爲頭半徑，A爲架參考點。 圖3 車布局 HIR導軌方型滑塊LMR20R LMR45LR RUS38164B車床的控制點是架中間，以是具位置補償始終必要。 具位置補償是用來實現(xiàn)尖圓弧中間軌跡與架參考點之間的轉(zhuǎn)換，對應圖3中A與S之間的轉(zhuǎn)換，但是 實際上我們不能直接測得這兩此中間點之間的距離矢量，而只能測得假想尖! 與架參考點$ 之間的 距離。 爲了輕便起見，沒幹系假設頭半徑r=0，這時可接納具長度測量裝置測出假想尖點P相對付架參考點 的坐標和，並存入具參數(shù)表中。 式中：——— 假想尖P點坐標； （X，Z） ——— 架參考點A的坐標。 至此很容易寫出具位置補償?shù)闹\略公式爲 HIR導軌方型滑塊LMR20R LMR45LR RUS38164B式中假想尖P的坐標實際上即爲加工零件軌跡點坐標， 可從數(shù)控加工步調(diào)中得到。此時，零件表面軌跡經(jīng)式（2）補償後，即能議決控制架參考點A來實現(xiàn) 。 對付圖3中r≠0的環(huán)境，在舉行具位置補償時，不光必要思量到頭圓弧半徑的補償，而且還要思量 到具的安置要領(lǐng)（具體見2.2）。 2 具半徑補償 方式加工步調(diào)時，一樣平常是將尖看作是一個點，然而實際上尖是有圓弧的，在切削內(nèi)孔、外圓及 端面時，尖圓弧不影響加工尺寸和形狀，但在切削錐面和圓弧時，則會導致具的行走軌跡與編程軌 跡不相符合，而有一差值。圖4表現(xiàn)圓弧尖有半徑補償和無半徑補償時的軌跡。從圖中可以看出， 接納假想尖P編程時，具圓弧中間軌跡如圖4中雙點劃線所示，具實際加工軌跡和工件要求的表面形 狀存在誤差，誤差大小和圓弧半徑r有關(guān)。若接納具圓弧中間編程並利用半徑補償成果時具圓弧中 間的軌跡是圖4中的細實線，加工軌跡和工件要求的表面相稱。 圖4 圓弧尖有半徑補償和無半徑補償時的軌跡 因爲車的安置和多少形狀較龐大，下面議決幾個方面作進一步敘述。 2.1 假想尖P的方位確定 假想車尖P相對圓弧中間的方位與具移動偏向有關(guān)，它直接影響圓弧車補償謀略結(jié)果。圖5是圓弧車 假想尖方位及代碼。從圖中可以看出，尖P的方位有八種，分別用1~8八個數(shù)字代碼表現(xiàn)，同時劃定 ，尖取圓弧中間位置時，代碼爲0或9，可以明白爲沒有圓弧補償。 圖5 圓弧車假想尖方位及代碼 HIR導軌方型滑塊LMR20R LMR45LR RUS38164B2.2 圓弧半徑補償和位置補償?shù)膸窒?br /> 要是根據(jù)架中間A點作爲編程肇始點，不思量圓弧半徑補償，則車在X軸和Z軸補償值根據(jù)圖1（b） 所示要領(lǐng)確定。既要思量車位置補償，又要思量圓弧半徑補償，此時車在X軸和Z軸的位置補償值可 以根據(jù)圖6所示要領(lǐng)確定，而將具的圓弧半徑r值放入相應的存儲單元中，在加工時數(shù)控裝置自動舉 行圓弧半徑補償。在具代碼T中的補償號對應的存儲單元中，存放一組數(shù)據(jù)：X軸Z軸的長度補償值 ，圓弧半徑補償值和假想尖方位（0~9）。操作時，可以將每一把具的四個數(shù)據(jù)分別輸入具補償號 對應的存儲單元中，即可實現(xiàn)自動補償（表1）。 圖6 圓弧車位置補償 表1 具補償值 2.3 圓弧半徑自動補償軌跡 具半徑是否補償以及接納何種要領(lǐng)補償，是由G指令中的G40、G41、G42決定的： G40———具半徑補償取消，即利用該指令後，使G41、G42指令無效。 G41———具半徑左補償，即沿具活動偏向看，具位于工件左側(cè)時的具半徑補償。 G42———具半徑右補償，即沿具活動偏向看，具位于工件右側(cè)時的具半徑補償。 圖7是利用圓弧半徑補償時具補償進程。 圖7中具補償?shù)牟秸{(diào)格局爲： G40__； 消除補償； G41__； 半徑補償肇始步調(diào)段； __； 圖7 具補償進程 HIR導軌方型滑塊LMR20R LMR45LR RUS38164B從圖7可以看出，在肇始步調(diào)段中，具在移動進程中漸 漸加上補償值。當肇始步調(diào)段結(jié)束之後，具圓弧中間停頓在步調(diào)設定坐標點的垂線上，距離是半徑 補償值。 3 數(shù)控車床不具備具半徑補償成果時的具補償謀略 當數(shù)控車床沒有具半徑補償成果時，用圓頭車加工工件時，就要用謀略的要領(lǐng)來求解具半徑補償量 。 3.1 按假想尖編程加工錐面 如圖8所示，若假想尖沿工件表面AB移動，即與AB重合，並按AB尺寸編程，則肯定孕育産生圖8（a ）中ABCD殘留誤差。因此按圖8（b）所示，使車的切削點移至AB，並沿AB移動，從而可克制殘留誤 差，但這時假想尖軌跡與表面在Z偏向相差了△z。 式中：r爲具圓弧半徑；θ爲錐面斜角。 因此可直接按假想尖軌跡的坐標值編程，在x偏向和z偏向予以補償△z即可。 圖8 車錐面補償表示圖 3.2 按假想尖編程加工圓弧 當車削圓弧外貌時，會出現(xiàn)如圖9所示的環(huán)境。圖9（a）爲車削半徑爲R的凸圓弧，由于P的存在， 則尖# 點所走的圓弧軌跡並不是工件所要求的圓弧形狀。其圓心爲“”，半徑爲“R+r”，此時編 程人員仍按假想尖P點舉行編程，不思量尖圓弧半徑的影響，但要求加工前應在補值上給Z向和X向 分別加一個補償量r。同理，在切削凹圓弧，如圖9（b）時，則在X向和Z向分別減一個補償量r。 圖9 車圓弧補表示圖 3.3 按尖圓弧中間軌跡編程 圖10所示零件是由三段凸圓弧和凹圓弧構(gòu)成的，這時可用虛線所示的三段等距線舉行編程，即 圓半徑爲圓半徑爲圓半徑爲，三段圓弧的盡頭坐標由等距的切點幹系求得。這種要領(lǐng)編程比力直觀 ，常被接納。 圖10 按尖圓弧中間編程 4 結(jié)束語 HIR導軌方型滑塊LMR20R LMR45LR RUS38164B具補償成果的作用緊張在于簡化步調(diào)，即按零件的表 面尺寸編程。在加工前，操作者測量實際的具長度、半徑和確定補償正負號，作爲具補償參數(shù)輸入 數(shù)控體系，使得由于換或具磨損帶來具尺寸參數(shù)變革時，雖照用原步調(diào)，卻仍能加工出合乎尺寸要 求的零件。別的，具補償成果還可以饜足編程和加工工藝的一些特別要求。 |
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