數(shù)控銑削加工質量分布規(guī)律的研究

呂 威，孔兆財，鄒鶴飛，奚嬋妹，江 東，彭 錚

（1.首都航天機械公司，北京 100076；2.普天物流技術有限公司，北京 100080）

引言

無論是航空航天產品還是其他產品，零件制造過程的高質量、高效率、低成本的目標是制造業(yè)和制造技術發(fā)展的一個永恒的主題。生產過程中更多的零件屬于曲面零件，如何更好地使用數(shù)控設備提高效率、減少零件加工時間、找出銑削參數(shù)最佳組合是數(shù)控發(fā)展的一個方向。本文針對此目標利用45號鋼的銑削加工進行相關試驗及分析，探索高效數(shù)控加工工藝[1]。

1 實驗方案的設計

本文確定采用三因素（銑削速度、切削深度及進給量）三水平正交試驗進行銑削實驗[2]（加工3組零件，結果取平均值），得出正交試驗方案（見表1）。

表1 正交試驗方案設計

2 零件測量

2.1 檢查項的確定

本文研究加工零件形狀及對應公差[3，4]，根據(jù)零件形狀（如圖1）的特點及現(xiàn)有的設備，測量銑削加工后零件R1、R2及R（包括R3、 R4和 R5）表面粗糙度和輪廓度。各尺寸理論值 ： L1=56 mm；L2=10 mm；L3=48 mm；R0=5 mm；R1=4 mm；R2=20 mm；R3=21 mm，R4=25 mm；R5=30 mm。

圖1 數(shù)控加工零件圖（mm）

2.2 輪廓度的測量

選用三坐標測量儀測量零件的輪廓度，并通過MATLAB軟件擬合零件的輪廓度誤差（見表2）。

表2 銑削零件的輪廓度誤差擬合結果

2.3 表面粗糙度的測量

表面粗糙度值測量結果見下頁表3。

表3 表面粗糙度值測量結果 μm

3 數(shù)控銑削實驗數(shù)據(jù)的分析

3.1 輪廓度誤差值的分析

3.1.1 輪廓度正態(tài)分布的擬合優(yōu)度測試

輪廓度誤差值正態(tài)分布的擬合優(yōu)度測試結果見表4，符合正態(tài)分布規(guī)律。

表4 輪廓度正態(tài)擬合測試結果

由表4中h=0，l值小于fcv值得出數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布。

3.1.2 零件的輪廓度誤差值分析

輪廓度正交試驗分析結果見表5。

表5 輪廓度正交試驗分析結果

基于正交試驗分析結果可知，在所選的三個因素水平范圍內，對加工中心銑削加工件的輪廓度誤差值影響的主次順序為：進給量>切削深度>銑削速度，綜合試驗結果優(yōu)化加工方案為：銑削速度3 000 r/min，進給量360 mm/min，切削深度0.5 mm[5]。

3.2 表面粗糙度的分析

1）正態(tài)分布的擬合優(yōu)度測試。

正態(tài)分布的擬合優(yōu)度測試結果見表6。

表6 表面粗糙度值正態(tài)擬合測試結果

由表6正態(tài)分布的擬合優(yōu)度測試結果可知，加工中心銑削加工后零件的R1、 R2及R圓弧的表面粗糙度值分布均符合正態(tài)分布規(guī)律。

2）正交試驗分析。

正交試驗分析結果見表7。

表7 表面粗糙度值正交試驗分析結果

根據(jù)以上分析得出以下結論：

1）基于正交試驗分析結果可知，在所選的三個因素水平范圍內，對加工中心銑削加工件的R1圓弧的表面粗糙度影響的主次順序為：切削深度>銑削速度>進給量，綜合試驗結果優(yōu)化加工方案為：銑削速度3 000 r/min，進給量480 mm/min，切削深度0.1 mm。

2）基于正交試驗分析結果可知，在所選的三個因素水平范圍內，對加工中心銑削加工件的R2圓弧的表面粗糙度影響的主次順序為：進給量>切削深度>銑削速度，綜合試驗結果優(yōu)化加工方案為：銑削速度2 000 r/min，進給量360 mm/min，切削深度0.1 mm。

3）基于正交試驗分析結果可知，在所選的三個因素水平范圍內，對加工中心銑削加工件的R圓弧的表面粗糙度影響的主次順序為：進給量>切削深度>銑削速度，綜合試驗結果優(yōu)化加工方案為：銑削速度3 000 r/min，進給量360 mm/min，切削深度0.1 mm。

4）圖2為對其中一個零件（編號1-1）的外圓用超景深顯微鏡（放大500倍）進行拍照得到的二維（圖2-1）和三維表面形貌（圖2-2）。

4 結論

本文以45號鋼曲面零件為對象，開展銑削速度、進給量、切削深度三因素三水平的正交試驗，測量并計算數(shù)控銑削加工零件的輪廓度和表面質量，結合數(shù)理統(tǒng)計理念進行統(tǒng)計分析，得到如下結論：

1）加工零件所測各尺寸精度指標幾乎都符合正態(tài)分布規(guī)律。

2）加工零件整體的輪廓度誤差值分析結果顯示，進給量對輪廓度誤差值影響最大，伴隨進給量增大，輪廓度誤差值變大。

3）加工中心銑削速度越高，進給量越小，加工件表面質量越好；加工鋼材料時適當?shù)靥岣咩娤魉俣瓤梢越档洼喞日`差值；分析可以看出并不是進給量越大，切削深度越大，加工效率越高，這也為高速數(shù)控銑削加工提供了一定的理論及實踐依據(jù)

[1] 常旭睿.數(shù)控銑削加工工藝及應用[M].北京:國防工業(yè)出版社,2010.

[2] Klocke F, Brinksmeier E, Evans C, et al. High-speed grinding-fundaments and states of the art in Europe,Jap an and the U SA[J]. Annals of the CIRP,1997(2):715-724.

[3] 何仁琪,嚴思杰,周云飛. 曲面數(shù)控加工精度的研究[J].機床和液壓,2006(9):80-82.

[4] Lin Y J,Lee T S. An adaptive tool path generation algorithm for precision surface machining[J]. Computer-Aided Design,1999(31):237-247.

[5] 杲春芳.數(shù)控銑削技術理論教學探討[J].制造業(yè)自動化,2010(2):68-70.