某桨轴类零件数控加工的一些特点

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这是一篇可操作性很强的文章，文中工艺数据翔实，措施得当，对从事轴类加工的工艺员来说有一定的参考价值。文中的所列各参数中，1英寸＝25.4mm，读者可参照自行换算。
+ x) B; A# y5 a笔者曾在某航空发动机零部件制造厂的桨轴生产线上做了3年多的工艺工作。通过学习和实际加工过程中的摸索，对桨轴类零件的数控加工积累了一点经验。下面就探讨一下某一类典型的桨轴零件的数控加工特点。
7 o' G- u' i4 f8 n0 L5 k零件材料为AMS6414，相当于40CrNiMoA，经调质后硬度HRC40-45。主要的精车加工工序是在德国Boehringer公司进口的数控车床VDF-315上完成的。机床的数控系统为FANUC-15B。编程软件用的是15.0版本的UG(Unigraphics)，编程时先根据生成的刀轨输出一个CLSF刀位原文件，经后置处理器后置处理生成机床数控系统能识别的G代码。
8 X5 p$ G+ C) ]9 ^9 p2 Z/ i( y  j后置处理器有一个问答式的设置文件，可根据机床数控系统的类别和机床的结构、功能进行设置。对程序的输出格式，如固定的程序头和程序尾格式都可设置。对生成的刀轨，UG具有在屏幕上演示加工轨迹的功能。为检查是否有干涉产生，还可将刀具模型画出来按加工轨迹进行演示。方法是先画出刀具模型，模型的原点即加工时定义的刀长起始点，在Options菜单内选择Save options，再选择Pattern data only选项，将刀具模型存为模块。要演示加工轨迹时，用Edit display菜单中的Pattern，再选Specify定义刀具模型文件的路径即可。现在再演示加工轨迹的时候，就会看到刀具模型了。
内孔加工的方法对保证内孔和外圆相对于两端中心孔的跳动有很大关系。要求不那么高的可分两道工序从两端分别加工。要求高的应将两端中心孔放在同一个工序一次装夹中加工完成。
试切的作用是，因为机床对刀系统的精度不是很高，对刀后不作调整加工出来的尺寸与程序里的名义尺寸总存在千分之几到百分之几英寸的误差。因此必须采用先试切，然后测量出误差，再把测量得到的误差输入到刀补里，这样才能保证最终尺寸得到有效控制。试切时的所有条件（如余量和切削参数等）都要与最后精加工时保持一致，以消除这些因素的影响。每一批的首件都应试切，以后可跳读。对尺寸公差较小的关键尺寸，还应在最终精加工之前设置退刀和暂停以测量尺寸，按需要调整刀补。外缘刀的试切可加工一段外圆直径和一个端面，以分别调整径向和轴向的刀补值，如图1所示。试切的程序例子如下：
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图1
  n% [# r7 u4 {& l! p7 ?+ Z1 V/N300(  TOOL=35 DEG O.D LH  )
1 o! r1 D" \( I/N310(*********************)
/N320(OFFSET= 5)
/N330(TOOL# 5  TTX 7.9540  TTZ 2.5590  RaD= .0150  PIQ=3  )
/N340(*********************)
# V  O1 U$ K( w5 k& _8 W) L/N350 G54 G90 T0
  o9 h+ R: G8 }: g$ T/ N9 }! R, n/N360 G01 X23. Z35. F200
4 U7 M5 e$ F' T5 M6 s7 H! E0 X/N370 T05005
: f# V6 J) y0 f3 |6 @! g/N380 M42
/N390 G92 S1120
* M. n$ Q2 C/ V6 }& t/N400 G96 S500 M04
/N410 X11.97 Z1.54
0 ]. g6 E( l" i: H- i: V% X/N420 M08
3 |: @4 p* P0 M5 j/N430 G01 X7.1
8 }% f  H/ b2 c4 v/N440 Z1.119 F60.
/N450 G95 X5.7398 F.005
/N460 G94 Z1.219 F50.
/N470 G00 Z3.936
! S) K  h$ Y% c8 R* {( E* N  Y/N480 G01 X4.185
/N490 G95 Z2.8601 F.005
/N500 G94 X4.3264 Z2.9308 F50.
/N510 G00 X11.97
% b0 o) T1 j3 [/N520 M09
/N530 Z36.324
/N540 M00
' b# T4 @! X: {+ i/N550(**********************)
+ Q6 c% R' T8 s3 y0 i4 v6 a/N560(MESSURE LENGTH TO FLANGE FACE IS 0.78〃AND DIA 4.185〃)
/N570(**********************)
9 ]# r9 q, g& {而镗刀的试切一般仅加工一段内孔，用来调整径向的刀补值，轴向对刀采用的方法为镗刀进到离对刀基准面一固定距离（如1英寸）处，在程序中设置暂停，用块规确定刀尖到对刀基准面的距离，如图2所示。
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% K% J. g# t/ c! S; P图2
粗镗采用分段方式，每刀余量可采用0.1英寸左右，每段在孔的径向方向切12刀左右，长度方向镗进3英寸左右后，镗刀完全退出，清理铁屑，检查刀片。当然，这只是一个典型的例子，实际加工中还受孔的大小、深度，机床冷却情况等因素的影响。
精镗留 0.02英寸余量到尺寸。精镗之前可无切削余量地光一刀内孔，确保0.02英寸的余量准确均匀。精镗分两刀镗，每刀余量0.01英寸，可往内镗一刀，再往外拉一刀。与两刀都往内镗相比较，内孔质量好一些。究其原因，笔者认为是因为最后往外拉一刀时三角形刀片的另一边刃参与切削，较为锋利所至。
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图3
内孔表面粗糙度要求高时，支承方式不同对其的影响也不一样。一类零件内孔大端直径处的表面粗糙度要求不高，为Ra125，仅在轴中部轴颈处用软爪夹紧就能达到要求。另一类零件内孔大端直径处的表面粗糙度要求较高，为Ra32，须用专用的软爪在大端法兰和轴中部直径处同时夹紧，才能保证内孔表面粗糙度要求，如图3所示。实际加工中未夹持法兰时，采用相同的刀具和切削参数，内孔表面粗糙度只达到了Ra110以内，如图4所示。
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# D* a$ p' b0 \: d  K; H, M6 L图4
内孔有大台阶，刀具受限制时可采用全刀刃切削法，如图5所示。但采用较小的进给量，如0.001～0.002英寸/r，每进千分之三，退千分之二。因退刀量很小，感觉刀具好像在连续进刀切削，不过比较慢而已。在实际加工中，曾有过三角形刀片一边刀刃的三分之二以上都参予切削的例子，未出现振动或刀具异常磨损等情况。
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* `* y5 o$ P& I0 I2 p4 j# x! y图5
不同种类镗刀的优缺点。VDI-50弹性夹式刀柄对减振有很好的效果。最初，我们订购了一些肯纳的镗杆，包括几把减振镗杆，用普通的VDI-50刀柄即螺栓压紧方式的刀柄装夹，使用效果很不好，振动大，崩刀片。想了各种办法调整都解决不了振动的问题，只好把这些镗杆都闲置起来，而另外找镗杆来替代。后来，我们了解到国外工艺中采用的是弹性夹式刀柄（Split sleeve），就尝试着订购了两个试用，结果效果很好，振刀现象完全消除了。因为买的比较贵，我们又通过工装部门自己仿制了几个不同内径的弹性夹式刀柄，也很好用，而且把以前闲置的镗杆都利用起来了。
孔的长径比大，且有较大台阶时，采用组合的偏心式镗头效果很好。减振镗杆前端用螺栓和燕尾槽与前面的可偏心调节的镗头连接。这种选择的结构强度好，加工的内孔表面质量高，尺寸精确。实际加工中采用0.003英寸/r，800r/min，余量为0.005英寸时，加工内孔的表面粗糙度可达Ra26，且能轻松保证±0.001英寸的尺寸公差。只不过不同零件内孔形状有差异时，可能需要换装不同的镗头以避免干涉。如果选择采用直径小一些的镗杆的话，虽然同样能避免干涉，且适用范围广一些，但过大的长径比将使镗刀的稳定性不易保证，振动很难消除，而且由于镗刀强度的降低，让刀现象将较明显，镗孔尺寸不易控制。
) A0 y5 Z9 q1 x" u文章关键词： 数控加工