CN102941372B - 一种大口径厚壁管车铣加工方法 - Google Patents

Abstract

一种大口径厚壁管车铣加工方法是：将工件通过三爪卡盘装夹在车铣机床的主轴上，和主轴一起旋转，轴向车铣内孔采用玉米铣刀，正交车铣外圆采用带有底刃的端铣刀，通过装设在车铣机床上的丝杠、纵向和横向导轨实现铣刀的轴向和周向进给，实现对工件内孔和外圆表面同时加工。大口径厚壁管车铣加工主要工序粗加工外圆和内孔，轴向车铣一端内孔表面，正交车铣一端外圆表面；调头，装夹工件另一端，轴向车铣另一端内孔表面，正交车铣另一端外圆表面；精加工工件外圆和内孔，轴向车铣一端内孔表面，正交车铣一端外圆表面；调头，装夹工件另一端，轴向车铣另一端内孔表面，正交车铣另一端外圆表面。本发明能减少工件装夹次数，提高内孔和外圆表面同轴度。

Description

一种大口径厚壁管车铣加工方法

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，特别涉及大口径厚壁管车铣加工方法。

背景技术

大口径厚壁无缝管(以下简称：大口径管)是指对外径大于300mm、外径与壁厚之比小于20的大口径厚壁无缝钢管，主要用于超临界、超临界火电站主管道的高压锅炉管、生产离心铸铁管的铸管模和大型液压缸体等的制造。大口径管主要采用热轧、锻造或挤压工艺制造，其成品均存在10％左右的壁厚差，给后续机械加工带来较大困难。目前，大口径管的机械加工均采用车外圆、镗内孔的传统工艺方法，加工效率低、成本高。粗加工时由于壁厚不均匀，对于内外表面的镗削、车削加工极易“崩刀”。对于一些材料，精加工时(尤其是镗孔加工)断屑困难，严重影响加工效率和质量。由于实际需要，大口径管往往较长，有时甚至超过10米，因此在精加工时由于刀具磨损，经常需在加工中途换刀以保证加工的尺寸精度，进一步影响加工效率和质量。

车铣是一种崭新的加工方法，它是利用铣刀旋转和工件旋转的合成运动来实现对工件的切削加工，分为轴向车铣和正交车铣，轴向车铣适于内表面的加工，正交车铣适合外表面的加工，采用车铣技术加工大口径厚壁管，可实现一次装卡完成内外表面的加工，使工件在形状精度、位置精度、表面粗糙度及残余应力等多方面达到使用要求的一种先进切削加工方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有的大口径厚壁内孔加工存在的技术问题，提供了一种大口径厚壁管内孔和外圆车铣加工方法，能够解决目前大口径厚壁管内孔和外圆加工效率低、成本高的问题。

采用的技术方案是：

一种大口径厚壁管车铣加工方法，其特征在于包括下述步骤：

1、将工件通过三爪卡盘装夹在车铣机床的主轴上，和主轴一起旋转，轴向车铣内孔采用玉米铣刀，正交车铣外圆采用带有底刃的端铣刀。玉米铣刀和端铣刀分别安装在动力装置上，刀具除自身旋转外，还通过车铣机床上丝杠带动的纵向导轨和横向导轨实现轴向和径向进给运动，工件低速旋转实现周向进给运动，从而实现对工件内孔和外圆表面同时加工。

2、大口径厚壁管车铣加工主要工序：

(1)粗加工外圆和内孔，轴向车铣内孔表面，正交车铣外圆表面

轴向车铣内孔加工工艺参数：玉米铣刀，铣刀直径d₁＝480mm,铣刀齿数z₁＝24，铣刀转速n₁＝100r/min,每齿进给量f_z1＝0.5mm/z轴向进给量f_a1＝40mm/r,切削深度a_p1＝14mm，工件转速n_w＝0.48r/min，两次走刀。

正交车铣外圆铣刀直径d₂＝240mm，刀具齿数z₂＝12,铣刀转速n₂＝281r/min切削深度a_p2＝14mm，刀具偏心量e＝30mm，轴向进给量f_a2＝15mm/r，每齿进给量f_z2＝0.5mm/z，两次走刀。

(2)精加工工外圆和内孔，轴向车铣内孔表面，正交车铣外圆表面。

(3)工件转速n_w与铣刀转速n₁的关系：

(4)铣刀转速n₁与n₂的关系：

其中，D₁为毛坯内孔直径，d为毛坯外圆直径。

本发明与普通车削加工的比较：

普通车削主要加工参数与工序：

(1)主要切削参数：主轴转速n_t＝25r/min，切削深度a_pt＝7mm，进给量f_t＝1mm,

(2)传统车削主要工序：

①、毛坯锻造；

②、粗车外圆：粗车端外圆表面，4次走刀；

③、粗镗内孔：粗镗内孔表面，4次走刀；

④、精车外圆：精车端外圆表面；

⑤、精镗内孔：精镗端内孔表面；

3.轴向车铣内孔与普通车削内孔金属切除量的比较：

(1)传统车削单位时间内金属切除量：Q₁＝1000v·f·a_p＝9163mm³

(2)轴向车铣内孔单位时间内金属切除量

Q₂＝f_z1.z₁.n₁.f_a1.a_p1/60＝0.5×24×π×40×14/60＝11200mm³

$\frac{Q_2-Q_1}{Q_1}\×100\%=22.2\%$

仅轴向车铣内孔金属切除量提高了22.2％，再加上正交车铣外圆单位时间内金属切除量，金属切除率大幅度提高，实现了高效加工。

本发明与传动的加工方式相比，减小工件装夹次数，提高内孔表面和外圆表面的同轴度，实现了工件的高效加工。

具体实施方式

一种大口径厚壁管车铣加工方法，包括下述步骤：

1、将工件通过三爪卡盘装夹在车铣机床的主轴上，和主轴一起旋转，轴向车铣内孔采用玉米铣刀，正交车铣外圆采用带有底刃的端铣刀。玉米铣刀和端铣刀分别安装在动力装置上，刀具除自身旋转外，还通过车铣机床上丝杠带动的纵向导轨和横向导轨实现轴向和径向进给运动，工件低速旋转实现周向进给运动，从而实现对工件内孔和外圆表面同时加工。

2、大口径厚壁管车铣加工主要工序：

(1)、毛坯锻造；

(2)、粗加工外圆和内孔，轴向车铣内孔表面，正交车铣外圆表面；

(3)、精加工工外圆和内孔，轴向车铣、内孔表面，正交车铣外圆表面；

车铣加工主要技术参数：

(1)其粗加工初始工艺参数为：工件材料高压锅炉管10Cr9Mo1VNb。毛坯内孔直径D₁＝1000mm；壁厚δ＝150mm；毛坯外圆直径d＝1000+2×δ＝1300mm，内孔和外圆加工余量Z_总＝60mm，工件长度L＝100000mm；内孔和外圆余量均为Z＝30mm，粗加工余量均为Z₁＝28mm，精加工和半精加工余量为Z₂＝2mm。

(2)轴向车铣内孔加工工艺参数：玉米铣刀，铣刀直径d₁＝480mm,铣刀齿数z₁＝24，铣刀转速n₁＝100r/min,每齿进给量f_z1＝0.5mm/z轴向进给量f_a1＝40mm/r,切削深度a_p1＝14mm，工件转速n_w＝0.48r/min，两次走刀。

(3)正交车铣外圆铣刀直径d₂＝240mm刀具齿数z₂＝12,铣刀转速n₂＝327r/min切削深度a_p2＝14mm，刀具偏心量e＝30mm，轴向进给量f_a2＝15mm/r，每齿进给量f_z2＝0.5mm/z，两次走刀。

(4)工件转速n_w与铣刀转速n₁的关系：

(5)铣刀转速n₁与n₂的关系：

其中，D₁为毛坯内孔直径，d为毛坯外圆直径。

Claims (1)

1.一种大口径厚壁管车铣加工方法，其特征在于包括下述步骤：

(1)、将工件通过三爪卡盘装夹在车铣机床的主轴上，和主轴一起旋转，轴向车铣内孔采用玉米铣刀，正交车铣外圆采用带有底刃的端铣刀，玉米铣刀和端铣刀分别安装在动力装置上，刀具除自身旋转外，还通过车铣机床上丝杠带动的纵向导轨和横向导轨实现轴向和径向进给运动，工件低速旋转实现周向进给运动，从而实现对工件内孔和外圆表面同时加工；

(2)、大口径厚壁管车铣加工主要工序：

①粗加工外圆和内孔，轴向车铣内孔表面，正交车铣外圆表面；

轴向车铣内孔加工工艺参数：玉米铣刀，铣刀直径d₁＝480mm，铣刀齿数z₁＝24，铣刀转速n₁＝100r/min,每齿进给量f_z1＝0.5mm/z轴向进给量f_a1＝40mm/r,切削深度a_p1＝14mm，工件转速n_w＝0.48r/min，两次走刀；

正交车铣外圆铣刀直径d₂＝240mm，刀具齿数z₂＝12,铣刀转速n₂＝327r/min切削深度a_p2＝14mm，刀具偏心量e＝30mm，轴向进给量f_a2＝15mm/r，每齿进给量f_z2＝0.5mm/z，两次走刀；

②精加工工外圆和内孔，轴向车铣内孔表面，正交车铣外圆表面；

③工件转速n_w与铣刀转速n₁的关系：

④铣刀转速n₁与n₂的关系：

其中，D₁为毛坯内孔直径，d为毛坯外圆直径。