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旋风铣加工原理以及加工流程,内螺旋滚道铣削

时间:2019-09-24 07:21来源:汽车配件
汽车配件网消息,介绍我公司内螺旋滚道加工自制刀具的设计、改进和使用阶段。讨论针对特殊零件的机加工涉及的自制刀具的使用和推广。湖北飞宁方向机有限责任公司系汽车转向器

汽车配件网消息, 介绍我公司内螺旋滚道加工自制刀具的设计、改进和使用阶段。讨论针对特殊零件的机加工涉及的自制刀具的使用和推广。 湖北飞宁方向机有限责任公司系汽车转向器专业生产厂家,主导产品为液压助力循环球转向器和机械式循环球转向器,年产能在20万台以上。“飞宁”牌转向器在行业内具有很大的知名度和市场占有率。 一、问题的提出 螺杆螺母副为转向器总成中最为主要的部件之一,其中转向齿条和螺杆轴两种零件的关键结构就是螺旋滚道。螺旋滚道加工是机加工行业中公认比较困难的工序之一,而内螺旋滚道的加工就显得更为困难.我公司涉及内螺旋滚道加工的产品数量很多,重点表现为多种螺距、多种中径。我公司常常工序安排为:滚道拉刀拉削----粗磨滚道确保形状和中径----精磨滚道.滚道加工占据了总工序生产周期的五成以上。并且,滚道拉刀的使用成本也较大,使用要求也很严格,这些均成为产能提高的短板,不适应加强生产率、减少生产成本的发展战略要求。 螺旋滚道由两段偏心圆弧构成,滚道底孔最小的仅有φ29,有多种螺距(螺距t=11、10、9.525、…),滚道加工时存在断续切削。我公司原生产工艺使用专用螺旋拉刀拉削加工,单件消耗工时4分钟。螺旋拉刀自身就是一种比较复杂且昂贵的专用刀具,使用时对冷却环境、工装调校精度、机床导轨精度、刀具自身刃磨等要求均很高,并且 伴随刀具自身的使用磨损,零件尺寸也随之变化。一定通过粗磨工序来确保尺寸和修正滚道形状.这些直接引发生产成本很高,有害于加强生产效率。 二、初步方案 为了加快公司产能提高,我考虑使用其他高效率加工。首先想到用玉米齿螺旋铣刀加工内螺旋滚道.但经于相关刀具工程师讨论,结合零件自身结构特征,针对玉米齿螺旋铣刀不适应多螺距、成本高等特征。最终决定自行研制刀具使用铣削螺纹的加工工艺方案。在各方经验的整合下,结合产品螺旋滚道大螺距、复杂截面形状的特征,借鉴外螺旋滚道的加工状况,我用YT15硬质合金刀片制作成成型刀片,将四片刀体焊接到刀杆上再进行刃磨修正据获悉。试用时取切削速度υ=65m/min,刀具转速ν刀=800n/min,工件转速ν工=32n/min.调整好设备开始试加工。铣削一件耗时3.5分钟,稍快于拉削工艺消耗工时。铣削后滚道表面粗糙度Ra6.3μm。滚道70mm内中径误差达到0.08mm,但可以接纳。经连续加工10件后发现刀片顶刃后角开始磨损,工件螺旋滚道出现振纹。连续加工40件后刀片顶刃后角严重磨损出现扎刀嘶叫声,便停止试验。 三、方案的进一步优化 经过分析,发这时有如下因素影响刀具的耐用度:①内螺旋滚道中径偏小,仅有φ30;②由于零件自身结构,刀具存在断续切削;③切削深度太大,达3.5mm;④刀杆材料选型不合理,结构刚度不够;⑤自制成型刀片的几何精度存在较大误差。针对很多有害因素,我决定将刀片材料由YT15硬质合金改为快速钢HSS材料,并将刀杆设计成整体式锥度结构以加强刀体刚度,修改刀头相关参数,供应刀具图纸由专业刀具厂家外协生产,由刀具厂家确保切削刃形状及精度。很快刀具厂家送来两件合格刀具,刀具单件报价110元。 第二轮试用时,借鉴刀具厂家建议修改切削参数,取切削速度υ=37m/min,刀具转速ν刀=400n/min,工件转速ν工=20n/min.使用3-5%乳化液进行冷却。连续加工30件后,刀具开始出现磨损.再一次停止试验。刃磨刀具后针对状况再调整切削参数:切削速度为υ=25m/min,刀具转速ν刀=250n/min,工件转速ν工=24n/min。考虑到一次吃刀深度太大,决定分两次进给,第一刀吃刀深度为2汽车配件网分析.5mm,第二刀为1-1.5mm。再一次试加工,滚道表面粗糙度可达到Ra3.2-Ra6.3μm,滚道前后中径误差在0.05mm范围内.单件生产工时约4分钟,与拉削工艺单件耗时持平.连续加工80件后才出现顶刃后角磨损.试验证明,改进效果很显着,采用方法很对路。 将实际试用状况与刀具生产厂家进行沟通,决定再一次对刀具相关参数进行改进:将顶刃后角由原来6°加大到8°,将前角调小到4°。再次试用后效果很显着,连续加工100-150件刀具才需刃磨修整。班产量略高于拉削加工,可以定型生产。经批量制造刀具,刀具单件成本减少到了80元。 四、效果比较 此铣削工艺的使用,经过9个月的正常生产验证,生产一线反映较好,得到了车间领导和工人的好评。经调查统计,针对此工序的工艺创新,使车间在产量提高、节能降耗方面得到很多实惠,重点有如下优点: 1、自制铣刀铣滚道较拉刀拉削节约了刀具成本,核算到单件零件上可使成本减少18%; 2、完全可

众所周知,在借助CAM软件进行数控编程的过程中,刀具的选择和切削用量的确定是十分重要,它不仅对被加工零件的质量影响巨大,甚至可以决定着机床功效的发挥和安全生产的顺利进行。所以无论是手工编程或计算机辅助编程,在编制加工程序时,选择合理的刀具和切削用量,是编制高质量加工程序的前提。本文对数控编程中必须面对的刀具选择和切削用量确定问题进行了探讨,给出了若干原则和建议,并对应该注意的问题进行了讨论。

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一、刀具的选择

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1、数控铣加工常用刀具的种类

1,什么是旋风铣?

数控铣加工刀具种类很多,为了适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点,所用刀具正朝着标准化、通用化和模块化的方向发展,主要包括铣削刀具和孔加工刀具两大类。为了满足高效和特殊的铣削要求,又发展了各种特殊用途的专用刀具。数控铣刀具的分类有多种方法,根据刀具结构可分为:①整体式;②镶嵌式,采用焊接或机夹式连接,机夹式又可分为不转位和可转位两种;③特殊型式,如复合式刀具,减震式刀具等。根据制造刀具所用的材料可分为:①高速钢刀具;②硬质合金刀具;③金刚石刀具;④其他材料刀具,如立方氮化硼刀具,陶瓷刀具等。从切削工艺上可分为:平端立铣刀、圆角立铣刀、球头刀和锥度铣刀等。

旋风铣是通过安装在高速旋转刀盘上的硬质合金成型刀具,从工件上铣削出螺纹的螺纹加工方法。因其铣削速度高(速度达到400m/min),加工效果快,和传统的车销效率高几倍甚至几十倍。十倍。加工过程中切削飞如旋风而得名——旋风铣

2、数控铣加工对刀具的要求

2,螺纹加工的原理

为了保证数控铣机床的加工精度,提高数控铣机床的生产效率及降低刀具材料的消耗,在选用数控铣机床刀具和刀具材料时,除满足普通机床应具备的基本条件外,还要考虑在数控铣机床中刀具工作条件等多方面因素,如切屑的断屑性能、刀具快速调整与更换,因此对刀具和刀具材料提出更高的要求。

对于螺纹加工的问题我解释下的,螺纹加工主要是采用的螺纹车刀车削螺纹或采用的是丝锥,扳手工艺攻丝及套扣等方法。随着中国数控旋风系铣加工技术的发展,使得更加先进的螺纹加工方式—螺纹的数控铣削得以实现。螺纹铣削加工主要采用数控撞,铣类机床或加工中心。对于小直径(<20mm)常用攻丝,套扣等方法来加工;对于材质硬度高,孔数较多的大型精密非标准内螺纹的加工,用这些传统的加工方法则比较困难。对于常州腾创牌的NC-120内螺纹旋风铣削加工方法,则很好地解决了用传统方法难以加工的大型精密内螺纹的加工问题。它可严格控制中径公差、减小或消除刀具切削时对牙型的干涉,大大提高了被加工螺纹的精度,并且加工效率高。

1)铣刀刚性要好一是为提高生产效率而采用大切削用量的需要;二是为适应数控铣床加工过程中难以调整切削用量的特点。当工件各处的加工余量相差悬殊时,通用铣床遇到这种情况很容易采取分层铣削方法加以解决,而数控铣削就必须按程序规定的走刀路线前进,遇到余量大时无法象通用铣床那样随机应变”,除非在编程时能够预先考虑到,否则铣刀必须返回原点,用改变切削面高度或加大刀具半径补偿值的方法从头开始加工,多走几刀。但这样势必造成余量少的地方经常走空刀,降低了生产效率,如刀具刚性较好就不必这么办。2)铣刀的耐用度要高尤其是当一把铣刀加工的内容很多时,如刀具不耐用而磨损较快,就会影响工件的表面质量与加工精度,而且会增加换刀引起的调刀与对刀次数,也会使工作表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶,降低了工件的表面质量。除上述两点之外,互换性好,便于快速换刀;刀具的尺寸便于调整,以减少换刀调整时间;刀具应能可靠地断屑或卷屑,以利于切屑的排除;系列化,标准化,以利于编程和刀具管理,等等这些是数控加工与普通机床加工对刀具的不同要求。

3,加工原理和加工工艺方法

3、数控铣加工刀具类型的选择

在数控镗铣类机床上加工大型内螺纹,可采用旋风铣削,其加工原理为:高速旋转的成形铣刀,其刀尖回转圆始终与内螺纹外径处于内接状态,与此同时,刀具绕工件孔轴线作螺旋运动,此时60°成形刀把与刀尖干涉的金属切除,在工件孔壁上就切出螺纹槽。螺旋运动由数控机床的螺旋插补功能来实现。为防止加工到孔底部时,切屑与刀具的干扰阻挤和加工部位被切屑遮盖,旋风铣削均采用从孔底向外加工的走刀方向。

刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是:安装调整方便,刚性好,耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下,尽量选择较短的刀柄,以提高刀具加工的刚性。生产中,被加工零件的几何形状是选择刀具类型的主要依据。1)铣削刀具的选用:加工曲面类零件时,为了保证刀具切削刃与加工轮廓在切削点相切,而避免刀刃与工件轮廓发生干涉,一般采用球头刀,粗加工用两刃铣刀,半精加工和精加工用四刃铣刀;铣较大平面时,为了提高生产效率和提高加工表面粗糙度,一般采用刀片镶嵌式盘形铣刀;铣小平面或台阶面时一般采用通用铣刀;铣键槽时,为了保证槽的尺寸精度、一般用两刃键槽铣刀;2)孔加工刀具的选用:数控机床孔加工一般无钻模,由于钻头的刚性和切削条件差,选用钻头直径D应满足L/D≤5的条件;钻孔前先用中心钻定位,保证孔加工的定位精度;精绞前可选用浮动绞刀,绞孔前孔口要倒角;镗孔时应尽量选用对称的多刃镗刀头进行切削,以平衡镗削振动;尽量选择较粗和较短的刀杆,以减少切削振动。在经济型数控加工中,由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行,占用辅助时间较长,因此,必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则:①尽量减少刀具数量;②一把刀具装夹后,应完成其所能进行的所有加工部位;③粗精加工的刀具应分开使用,即使是相同尺寸规格的刀具;④先铣后钻;⑤先进行曲面精加工,后进行二维轮廓精加工;⑥在可能的情况下,应尽可能利用数控机床的自动换刀功能,以提高生产效率等。另外,刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大,必须引起注意的是,在大多数情况下,选择好的刀具虽然增加了刀具成本,但由此带来的加工质量和加工效率的提高,则可以使整个加工成本大大降低。总之,根据被加工工件材料的热处理状态、切削性能及加工余量,选择刚性好,耐用度高的铣刀,是充分发挥数控铣床的生产效率和获得满意的加工质量的前提。

4,刀具和附具

二、切削用量的确定

在内螺纹的旋风铣削时是借用NC-120装置上的刀片、刀盘和刀并设计制造了一根专用接杆,前面连接NC-120刀杆和刀盘,后面的锥柄与机床主轴连接。该刀片是可转位、不重磨硬质合金刀片,其尺寸和角度精度较高,可装于 铣刀 盘,同时装4~6把刀片,组成多刃铣刀盘。通过刀盘尾部的定心柱和螺纹与刀杆联结,又通过刀杆尾部的短锥、键和螺钉,紧固在可装入锥孔的专用刀杆上。该刀具有同时参与切削的刀片多、精度高、耐磨性能好等优点。由于刀具直接连接主轴,在选择刀盘时,主要是考虑加工螺距的大小和螺孔的深浅,螺孔直径不是考虑的主要因素。铣螺纹用的刀具也可自行设计,但其制造精度要满足工作的要求。为保证其牙廓尺寸精度和表面粗糙度,尽可能采用多刃结构。

数控编程时,编程人员必须确定每道工序的切削用量,并以指令的形式写入程序中。切削用量包括切削速度、背吃刀量或侧吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法,需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是:保证零件加工精度和表面粗糙度,充分发挥刀具切削性能,保证合理的刀具耐用度并充分发挥机床的性能,最大限度地提高生产率,降低成本。

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切削速度的确定铣削的切削速度与刀具的耐用度T、每齿进给量fz、背吃刀量ap、侧吃刀量ae以及铣刀齿数Z成反比,与铣刀直径d成正比。其中原因是fz、ap、ae、Z增大时,使同时工作齿数增多,刀刃负荷和切削热增加,加快刀具磨损,因此刀具耐用度限制了切削速度的提高。如果加大铣刀直径则可以改善散热条件,相应提高切削速度。下表列出了铣削切削速度的参考值。

铣削时的切削速度参考表

工件材料硬度切削速度Vc

高速钢铣刀硬质合金铣刀

钢<22518~4266~150

225~32512~3654~120

325~4256~2136~75

铸铁<19021~3666~150

190~2609~1845~90

260~3204.5~1021~30

进给速度的确定进给速度F是数控机床切削用量中的重要参数,主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。在轮廓加工中,在接近拐角处应适当降低进给量,以克服由于惯性或工艺系统变形在轮廓拐角处造成超程”或欠程”现象。确定进给速度的原则:1)当工件的质量要求能够得到保证时,为提高生产效率,可选择较高的进给速度。一般在100~200mm/min范围内选取。2)在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时,宜选择较低的进给速度,一般在20~50mm/min范围内选取。3)当加工精度,表面粗糙度要求高时,进给速度应选小些,一般在20~50mm/min范围内选取。4)刀具空行程时,特别是远距离回零”时,可以选择该机床数控系统给定的最高进给速度。

背吃刀量的确定在保证加工表面质量加工质量的前提下,背吃刀量应据机床、工件和刀具的刚度来决定,在刚度允许的条件下,应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量,这样可以减少走刀次数,提高生产效率。工件表面粗糙度要求为Ra3.2~12.5μm,分粗铣和半精铣两步铣削加工,粗铣后留半精铣余量0.5~1.0mm;工件表面粗糙度要求为Ra0.8~3.2μm,可分粗铣、半精铣、精铣三步铣削加工,半精铣时端铣背吃刀量或圆周铣侧吃刀量取1.5~2mm,精铣时端铣背吃刀量取0.5~1mm,圆周铣侧吃刀量取0.3~0.5mm。

总之,零件数控编程具有很大的灵活性,只有正确理解以上工艺参数,在实践中不断进行总结,才能编制出高质量的加工程序,加工出高质量的模具零件。

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