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深腔镗孔加工的工艺规划与编程

作者:来源:访问:时间:2017/12/11 15:28:05

 【摘要】深孔镗孔加工一直以来都是机械及模具加工中的难题,针对胶管模具上的 48×215mm 的深孔进行了详细的加工工艺分析和数控编程编制,针对在加工过程中出现的各种问题,采取了多种方案分析对比,进而较好的解决直径 48×215mm的深孔加工过的难题,希望对数控加工的编程人员提供一些帮助和借鉴作用。
  
      关键词:深孔加工;镗孔;工艺分析;数控编程
  
      1 、引言
  
      随着现代工业的不断发展,数控机床的应用也越来越普及,数控加工技术在我国得到了不断的提升与完善,各种各样的产品与模具等数控加工纷纷进入中国市场,数控加工企业利用这个巨大的市场不断加大自身设备的投入与相关技术人员引进,使得中国在世界制造业扮演者越来越重要的角色。如何合理规范零件的加工工艺与降低零件的加工成本显得尤为重要。技术人员不仅要吃透零件图纸,还要根据自身的设备情况订出合适合理的加工方案,既要保证质量还要保证设备的寿命,所以更深层进行数控程序的编制显得非常重要。因此要成为一名合格的编程师,就必须具有丰富的实践经验和良好的业务技能,才能确保企业在制造行业的竞争中立于不败之地,本文就针对机械加工中经常遇到的深孔加工进行分析和编程编制。
  
      2 、零件图分析与工艺规划
  
      2.1 、零件图纸分析
  
      图 1 所示为胶管模具零件,有 4 个直径48×215mm 深的孔需要加工。外形尺寸 420×270×250mm,上下左右各有 4 个凹槽,孔面有台阶,两侧各有斜面为行位配合面。

      
                        图1  胶管模具零件
  
     零件尺寸如图 所示,此零件的工艺要求是孔的圆锥度不能超过0.1mm,表面粗糙度值为Ra3.2μm,孔距尺寸公差不能超过0.03mm,垂直度为0.03mm,此模具的产品是玻璃胶管,其壁厚只有 0.8mm,客户要求超过 0.8mm 的厚度不收货,可谓是越薄越好,就是为了节省成本。当时,对于这么高难度的零件确实心里没底,虽然本单位只负责加工深腔镗孔,其它方面客户都可以配合加工。经多次尝试,研究出一套既简单又合理的加工方案。
  
      2.2 、工艺规划
  
      2.2.1  零件镗孔前的简单加工顺序
  
      (1)精料回来后,铣床先加工两侧的凹槽位,如图1所示B、E处先粗后精,加工到数。(2)加工正面的台阶开粗,单边留余量 0.5mm,如图1所示A、F处。(3)加工底面的台阶开粗,单边留余量 0.5mm,如图1所示C、D处。(4)然后重新装夹校表,四面分中,中心钻加工定位,分步由直径10mm、直径24mm、直径35mm钻头加工,最后用直径44mm钻头加工钻穿开粗。(5)完成后至大水磨加工面和底,如图2所示处并磨削到数,保证平行度为0.03mm。(6)如图 1 所示 B、E 侧面磨削预留 0.3mm 精加工余量。
  
      2.2.2 零件的的装夹及定位基准
  
      工件直接装夹在数控工作台上,4 个模脚分别码紧,校表分中,误差控制在0.03mm以内。
  
      3 、零件数控加工
  
      3.1 、加工前准备工作
  
      自制镗刀:先自制一把镗刀架如图3所示,材质是837H,先粗车,预留0.5mm余量,热处理后用外圆磨床加工,重点是保证同轴度。镶刀片的小刀架购买标准件 10×10mm
,便于更换刀片,保证尺寸。内装小刀架的倾斜角度是20°,线割加工,稍紧配合。镗刀架钻孔配 M6mm 的内六角螺丝,用内六角螺丝锁紧小刀架。标准小刀架装硬质合金刀片,主偏角30°,后刀面避空角度15°,刀片尖角带R0.3~R0.4mm角,尽量减少接触面,以防震动。
  
  
      
         
                              图2 零件尺寸图

  
     3.2 、加工方案确定
  
     3.2.1 孔加工方案1
  
     采用快走丝线割加工,这种方法是最直接简单,不用开粗,但由于尺寸过深有 215mm,加工时冷却和冲水很难解决,且容易断线,表面粗糙度值达不到要求。
  
     3.2.2 、孔加工方案2
  
     采用慢走丝加工,由于孔深也容易断丝,但每个孔的加工费约 1,945 元,总计算模具的线割费用将近7,700元,远远超出客户的成本计算。
  
     3.2.3 孔加工方案3
   
     数控外形铣削加工,用加长刀把装圆刀粒或菱形合金刀粒,深度分层加工,由于接触面积较大,每次进刀和退刀加工时声音非常大且刺耳,加工出来的表面粗糙度值和尺寸精度非常差,中间还不时有倒扣的凹槽,仅粗糙度无法控制,远不达标。
  
      3.2.4 孔加工方案4
  
     数控镗孔加工,采用机型是850B型,一般的机床均可,此机型的 Z 轴高度是 500mm,能满足镗刀架 230和加工件孔深250mm的加工要求,且加工时间每孔总共只需 2h,加工精度高,表面粗糙度值和尺寸精度均符合图纸要求。通过对成本和加工精度和加工难易程度等方面对比,故选择方案4的孔加工方案。
  
    
      3.3 数控镗孔加工过程
  
     3.3.1 装夹找正
  
     工件上机床,码紧4个角的位置,校平工件的平行位置和水平度,如超过 0.03mm 则要重磨工件的上下面,否则很难保证孔的垂直度。校表公差控制在0.02mm以内,4个面分中,以第二台阶面为加工Z轴的0面,尽量有足够的抬刀空间。
  
     3.3.2 装镗刀架
   
     第一次粗加工用表卡测量好镗刀片高于大刀架的尺寸,粗加工预留单面 0.5mm 左右,便于半精加工。镗刀片主偏角 30°,后刀面避空角度 15°,刀尖圆角为R0.3~R0.4mm角,尽量减少接触面,减少受力,以防震动产生倒扣。镗刀尖对刀工件表面为0面。
  
     3.3.3  镗孔程序
  
     指令格式 G76X_Y_Z_R_Q_P_F_;,G76 为精镗孔指令,X/Y/Z孔的坐标位置,P为孔底有暂停,Q表示刀具加工完暂停偏移,抬刀时以防刮伤已加工侧面。
  
     3.3.4 粗加工参数设置
  
     转速S为120转/min,进给F为80mm/min,切削量1.0mm,切削油为冷却液,油的流动性需好,冷却到位。
  
     3.3.5 半精加工参数设置
  
    粗加工完毕,进行卡数和检测,深内孔的尺寸可用内孔测规,通常是会有一定的锥度,转速 S 为 110转/min,进给 F 为 70mm/min,切削量 0.6mm,切削油为冷却液,油的流动性需好,冷却到位来保证精加工的粗糙度。
  
      3.3.6  精加工参数设置
  
     加工每个孔都用新的刀片加工,转速S为100转/min,进60mm/min,用千分卡测量好刀片的位置,锁紧小刀架加工。先试孔加工,因为工件的顶面有个 15mm的台阶,直到尺寸达到图纸要求。
  
     4 、程序的编写
  
     

     说明:粗加工,中加工和精加工只改程序内容的F和S的值之即可。
  
     5 、加工总结
  
     此套加工方案经过了数次的现场改良,从外形铣削加工方案开始做起,中途要抬刀换多次的刀粒,每个孔的加工时间大约4h,加工出来的粗糙度值让客户非常头疼,导致第二道工序机器省模抛光一个孔需要一天,抛光出来圆孔的圆度还不合格。 

    
                                                         图3 镗刀架

    用镗孔加工,主要是进给和速度两项参数的设置,进给速度正常计算 Vc=πDN/1,000,经过多次现场加工,不断改良,最终总结出精加工转速 S 为 100 转/min,进给F为
60mm/min,虽然结果简单,付出不少,但得出中加工/半精加工和精加工各一次就能完成,每个孔的总共加工时间在2h以内,圆柱度和粗糙度值全部达标,减少了客户的二次加工时间,真正提高了生产效率,获得了客户的好评。


    6 、结束语
  
     此套最终镗孔加工方案虽然简单,但过程实不容易,缺少任何一个细节加工出来的效果可能都不一样,深孔镗孔最担心的就是怕在加工过程中出现震动,受力过大导致倒扣,工件都将报废。因此在刀片选择、注意事项等加工参数的设置这几个方面,希望能起到一些借鉴和预防的作用


    由于本人水平有限,而且经验不足,在本文撰写过程中,参考了不少的资料和文献,并得到了张丽娟老师的大力协助,且对全文的修改提供了宝贵的意见。曾福辉老师对论文进行了悉心的指导,谨此表示诚挚的谢意!
  
    参 考 文 献[1] 张克慧.注塑模设计[M]. 西北工业大学出版社,西安,1995.[2] 李伟光. 现代制造技术[M]. 北京:机械工业出版社,2001.[3] 肖诗纲. 切削用量简明手[M]. 北京:机械工业出版社,1999.[4] 周明虎. 数控铣床编程与操作实训教程[M]. 上海交通大学出版社,2010.


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