在六合一隔板加工方案的改進中,采用T型刀對隔板的小閉角側壁進行對焊銑削,成功實現(xiàn)了隔板五軸變三軸的加工方案,解放了車間五軸機床,提高了機床的利用效率,達到了降本增效的目的。
1前言
為了降本增效,車間工藝組開展了五軸變三軸提高工藝效率的研究工作,其中最典型的是某型膜片零件的工藝改進。改進前,車間在加工六合一隔板零件時,采用傳統(tǒng)的工藝方案——五軸數(shù)控機床一次性加工成型。但這種加工模式使得五軸機床占用率高,耗時長,平均每加工一個板件需要兩天。除了加工時間長,還有其他問題,最主要的是整板零件偶爾變形,測量不合格,鉗工打磨工作量大。
究其原因,一方面是六合一套零件的來料過大,長寬約1.2m×0.5m,厚度約31mm。五軸數(shù)控機床在加工過程中沒有有效釋放應力,而是一直銑削,直到零件加工完畢。完成后材料應力和加工應力不同程度釋放,導致零件局部變形,測量不合格;另一方面,車間常用的硬質合金銑刀并沒有一個理論上的完全傾斜角,即底角R0模式。在實際操作中,銑刀的底角會有一定的R角。除非把墊板切下來,否則無論是五軸數(shù)控擺銑還是定角線銑,都會在被加工零件的底部輪廓周圍產(chǎn)生一圈約0.2mm的切削殘余,增加鉗工的磨削工作量,延誤零件的生產(chǎn)周期,影響交貨[1-3]。
綜上所述,需要對六合一隔板零件的工藝進行改進和優(yōu)化,主要是使用T型刀,將最初的五軸加工方案改為三軸數(shù)控加工方案,并進行首件試切和測量。
2組件結構和流程分析
圖1示出了分隔部件的三維實體。該零件的腹板和側壁的壁厚為1.2毫米,肋高為18毫米。從頂上看,隔墻為外開內閉,內壁與腹板垂直面的夾角約為8°,是典型的小閉角側墻。其他結構特征可見,是典型的薄壁框板零件。
圖2顯示了六合一隔板零件的研磨過程。傳統(tǒng)的工藝方案是五軸數(shù)控機床加工一次成型,現(xiàn)在改為三軸數(shù)控加工工藝方案。關鍵是用T型刀完成小閉角側壁的銑削,其他結構可以用三軸數(shù)控機床正常加工。
T形刀的應用及試切
圖3顯示了六合一隔膜的整體加工流程。通過這個加工流程,不難發(fā)現(xiàn),整組零件的加工首先是安排開框板的型腔面(見圖3,工位1),其次是整個零件翻面后,對反面(即零件底面,見圖3,工位2)進行粗化和精加工,最后是整個零件再次翻面加工框板的型腔面(見圖3,工位3)。1.工位主要是粗加工,去除了大量的毛坯余量,使整個零件的應力在粗加工時得到充分釋放,零件在后續(xù)精加工時的變形得到減緩;工位2是普通工位中粗加工和精加工零件的底面;工位3是在應力釋放后對框架板的型腔表面進行精加工。此時,由于材料的殘余應力和粗加工時的加工應力得到一定程度的釋放,精加工起來得心應手,減少了傳統(tǒng)五軸數(shù)控機床的變形。
使用T刀編程時,主要有兩種編程模式,一種是Z向模式,一種是多軸模式。本文對上述兩種編程模式進行了介紹和比較。
圖4顯示了銑削封閉角側壁時,Z層編程模式下T型刀的刀具軌跡。Z-Level模式可以直接設置所需T型刀具的結構參數(shù),刀具結構直觀易懂(見圖4a)??紤]到隔板零件側壁薄1.2mm,加工剛性較弱,需要采用同方向逐層銑削,使加工出的側壁刀軌整齊,零件表面質量優(yōu)良,光澤度極強。因此,對于分區(qū)零件的工藝方案的優(yōu)化和改進,首選Z級模式。
a)帶球頭的T形刀
b)刀具路徑
圖5顯示了T形刀具在多軸模式下銑削封閉角側壁時的刀具軌跡。在此模式下,不能直接設置T型刀的結構參數(shù),但可以近似構造出半球形頭的T型刀(見圖5a)。該編程命令可以實現(xiàn)單向/之字形(同向/往返方向)的刀具進給,銑削效率比較高,但主要適用于加工結構剛性好、側壁厚的零件。因此,這種優(yōu)化的工藝方案不適合多軸模式。
a)半球形頭的T形刀
b)刀具路徑
Z向和多軸編程模式的優(yōu)缺點及切削參數(shù)對比如表1所示。
編程模式
特性
好與壞
適應性
切割參數(shù)
z電平
t型刀結構直觀明了,分層銑削時一般需要抬刀,通常采用單向方式。
刀具軌跡表面紋理整齊,光澤度強,表面質量好,表面粗糙度值Ra為1.6 ~ 3.2 mm。
主要用于側壁薄、剛性弱的結構特征。
主軸轉速800轉/分鐘
進給速度為400 ~ 500mm/min。
背刀量為0.3mm
t型刀結構類似半球,分層銑削時一般不需要抬刀,可以采用單向/之字形方式。
表面的刀軌紋路比較整齊,表面質量好,表面粗糙度值Ra = 3.2mm。
主要用于側壁厚、剛性弱的結構特征。
主軸轉速800轉/分鐘
進給速度為400 ~ 500mm/min。
背刀量為0.2毫米
三軸數(shù)控工藝方案優(yōu)化改進完成后,首件投入試切。圖6示出了優(yōu)化處理后部件的狀態(tài)。第一個試切件送去測量后,表示測量合格。至此,整個六合一隔板零件的五軸轉三軸數(shù)控加工方案的優(yōu)化改進工作已經(jīng)完成,T型刀得到了充分的應用。
4結束語
自提高五軸轉三軸加工效率的研究以來,T形刀具已廣泛應用于某些零件的工藝改進中,并取得了理想的加工效果。既解放了公司的五軸機床,縮短了五軸機床的占用時間,又合理協(xié)調了車間的機床資源,達到了降本增效的目的。更何況這種零件工藝改進技術已經(jīng)沉淀推廣,可以為類似情況提供借鑒。