切向車銑工件表面粗糙度的試驗研究

馮佳彬, 王 凡，李新勇

(沈陽理工大學 機械工程學院，遼寧 沈陽 110159)

切向車銑工件表面粗糙度的試驗研究

馮佳彬, 王 凡，李新勇

(沈陽理工大學 機械工程學院，遼寧 沈陽 110159)

車銑技術是近年來機械加工領域研究的熱點問題之一，也是未來高速切削發展的一個重要方向。切向車銑是一種重要的車銑加工方法，在實際生產中，選擇一個合理的切削加工參數，對改善工件已加工表面質量，提高加工精度，減小不必要的損耗，具有重要的現實意義。本文通過對切向車銑工件表面粗糙度的試驗研究，及繪制切向車銑加工參數對表面粗糙度影響的變化曲線，得到切削參數對工件表面粗糙度的影響規律，不僅為實際加工生產中選擇合理的工藝參數，提高工件表面質量提供了依據，而且進一步豐富了車銑理論。

切向車銑；表面粗糙度；正交試驗

在實際生產過程中，切削參數的選擇直接關系到工件的加工表面質量，是工件表面粗糙度大小的重要影響因素。合理選擇主軸轉速、切削用量及刀具，不僅能有效提高工件的加工精度，而且還能有效降低生產成本，提高加工效率。

切向車銑是車銑加工中一種較新的切削加工方法[1]。在切削加工過程中，刀具切削刃平面與工件加工表面相切，且加工過程中只有螺旋刃參與切削，端面刃不參與切削。切向車銑以工件和刀具的旋轉為主要運動，同時刀具沿工件軸線方向做軸向進給運動。在切削深度一定的情況下，銑刀的進給運動一般為軸向進給，而很少采用徑向進給運動。切向車銑運動示意圖和加工鋁合金棒料的實際加工過程如圖1和圖2所示[2]。

圖1 切向車銑運動示意圖

圖2 加工鋁合金棒料過程

1 正交試驗方案設計

在切向車銑加工中，已加工表面粗糙度受很多因素的影響。本試驗主要研究切向車銑加工中，切削參數對工件已加工表面粗糙度的影響。利用正交試驗法，以已加工表面粗糙度Ra為試驗指標，以銑刀轉速nc、工件轉速nw、銑刀軸向進給量f和切削深度ap為試驗因素，因素水平表見表1。

表1 因素水平表

2 試驗材料及設備

1)試驗材料。試驗材料為鋁合金棒料2A11，其直徑為90 mm，長度為60 mm。2系列鋁合金為鋁-銅-鎂系中的典型硬鋁合金，其成分比較合理，綜合性能較好。該合金廣泛用于飛機結構、鉚釘、卡車輪轂、螺旋槳元件及其他多種結構件。 其化學成分見表2。

表2 鋁合金2A11的化學成分(質量分數) (%)

2)試驗機床。試驗機床為日本Mazak公司的 INTEGREX 200Y車銑復合加工中心，控制系統為日本FANUC系統，主軸功率為18.5/15 kw，旋轉刀具主軸功率為7.5 kw，轉速為6 000 r/min。

3)試驗用刀具。試驗用刀具為硬質合金涂層立銑刀，刀具長度為100 mm，切削刃長度為40 mm，齒數為4，直徑為16 mm。

4)試驗所用測量儀器。試驗用粗糙度測量儀器為時代TR100袖珍式表面粗糙度測量儀[3]。

3 正交實驗數據的測量

本次試驗是在一次裝夾條件下，根據設計的正交試驗方案，通過改變不同的切削參數，連續完成16組數據的加工。根據加工材料的長度，每次加工長度設為30 mm。通過改變不同的銑刀轉速、工件轉速、切削深度和銑刀軸向進給量，獲得16組不同的切削數據。所得試驗數據見表3。

表3 切向車銑加工鋁合金棒料試驗數據表

4 試驗參數對表面粗糙度的影響

建立試驗參數銑刀轉速nc、工件轉速nw、銑刀軸向進給量f和切削深度ap與表面粗糙度Ra的關系圖形，如圖3～圖6所示。

綜上所述，可得到切向車銑加工中，切削參數對工件表面粗糙度的影響規律如下。

1) 隨著銑刀轉速的提高，工件表面粗糙度逐漸減小，當銑刀轉速提高到一定值后，工件表面粗糙度急劇增大。

圖3 銑刀轉速對工件表面粗糙度的影響

圖4 工件轉速對工件表面粗糙度的影響

圖5 銑刀軸向進給量對工件表面粗糙度的影響

圖6 切削深度對工件表面粗糙度的影響

2) 隨著工件轉速的提高，工件加工表面粗糙度逐漸增大。

3) 隨著銑刀軸向進給量的逐漸增大，關系曲線成上升趨勢，工件表面粗糙度逐漸增大，當軸向進給量增大到一定值時，工件表面粗糙度出現拐點。

4) 在切向車銑加工過程中，隨著切削深度的逐漸增大，工件表面粗糙度逐漸減小。在實際生產中，當工件毛坯直徑與目標直徑相差很小時，切削深度的影響可以忽略。

[1] 楊大衛. 切向車銑運動建模及理論表面粗糙度的研究[D].沈陽：沈陽理工大學, 2010.

[2] 賈春德，姜增輝. 車銑原理[M].北京：國防工業出版社，2003.

[3] 張柏霖，楊慶東，陳長年. 高速切削技術及應用[M].北京：機械工業出版社,2002.

責任編輯馬彤

ExperimentalResearchonSurfaceRoughnessoftheWorkpieceaboutTangentialTurn-milling

FENG Jiabin，WANG Fan，LI Xinyong

(School of Mechanical Engineering，Shenyang Ligong University，Shenyang 110159，China)

In recent years, turn-milling has become one of the hottest question in Mechanical processing and it is the important developing direction in the future. Tangential turn-milling is one of the important methods of turn-milling. In actual production, a reasonable selection of cutting parameters can improve the level of machined surface quality, improve processing accuracy and reduce unnecessary loss, which has the important practical significance. Through the experimental research on surface roughness of the workpiece about tangential turn-milling, the paper draws the changing curve of the affect of tangential car milling parameters on surface roughness, and the laws of cutting parameters on the surface roughness of the workpiece are obtained, which can not only provide basis for the reasonable selection of processing parameters and improving the surface quality of the workpiece in the actual production, but also can further enrich the theory of the turn-milling.

tangential turn-milling，surface roughness，orthogonal test

TG 501

：A

馮佳彬(1990-)，男，碩士研究生，主要從事高速切削、建模及仿真等方面的研究。

2014-10-09