CN103157841A - 一种大直径钢棒料高效正交车铣粗加工方法 - Google Patents

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姜增辉
石莉
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Abstract

一种大直径钢棒料高效正交车铣粗加工方法，其特征在于该方法如下：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，正交车铣外圆采用面铣刀，面铣刀安装在动力装置上，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，通过调整动力装置在Y轴的位置来调整刀具轴线和工件轴线的偏移即偏心量，工件低速旋转实现周向进给运动，从而实现对外圆表面加工。本发明具有出色的切屑控制能力，能够解决目前大直径钢棒料粗加工断屑难及效率低的问题，提高了加工效率。

Description

一种大直径钢棒料高效正交车铣粗加工方法
技术领域
    本发明涉及机械加工技术，特别是涉及一种大直径钢棒高效正交车铣粗加工方法。
背景技术
直径钢棒（直径300-1500mm）料，塑性金属材料，粗加工一般采取车削的加工方式。粗加工时，在兼顾刀具使用寿命的条件下尽可能的提高生产率。在切削用量三要素中，切削速度对刀具使用寿命的影响最为明显，其次为进给量，影响最小的是切削深度，粗加工大直径钢棒料，切削时，如果选用较大的切削深度，较低的切削速度，且较小的刀具前角，切削过程将会产生挤裂切屑甚至产生单元切屑，切削过程中切削力大且变化幅度大，切削过程不稳定；切削时，如果选用较大的切削速度，较大的刀具前角，且选用较小的切削深度，切削过程将会产生带状切屑，带状切屑表面光滑，切削过程中切削力小且变化幅度小，切削过程比较稳定，但断屑成为切削过程的最大问题，长的切屑容易缠绕在工件或刀具上，影响刀具的正常使用，加速刀具的磨损甚至使刀具破损，同时对工人的人身安全带来威胁，切屑断屑处理不当，严重影响车间的正常生产，针对这一情况，虽然采取了断屑的措施，但断屑效果并不明显，严重影响了生产率，目前是大直径钢棒料粗加工中急需解决的一个重要问题。
    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，车铣加工是不连续切削，具有出色的切屑控制，特别是正交车铣，在加工过程中，由于偏心量的存在，可以实现大轴向进给量切削，因此采用正交车铣加工，不仅解决了切削过程中断屑问题，而且可以实现了大直径钢棒料高效切削，提高了生产效率。
    发明内容
本发明的目的是针对目前大直径钢棒料粗加工过程中存在的断屑难及效率低的问题，提供了一种大直径钢棒料高效正交车铣粗加工方法，不仅解决了切削过程中断屑问题，而且可以实现了大直径钢棒料高效切削，提高了生产效率。
采用的技术方案是：
一种大直径钢棒料高效正交车铣粗加工方法，其方法如下：
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，正交车铣外圆采用面铣刀。面铣刀安装在动力装置上，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，通过调整动力装置在Y轴的位置来调整刀具轴线和工件轴线的偏移即偏心量，工件低速旋转实现周向进给运动，从而实现对外圆表面加工。
上述的工件和面铣刀在正交车铣加工过程中，工艺参数如下：
                                                 刀具工作轴线相对刀具轴线偏转2o～3o ；
   
Figure 280554DEST_PATH_IMAGE002
大直径钢棒料，塑性金属，直径范围为 300-1500mm；
   
Figure 876489DEST_PATH_IMAGE003
  硬质合金刀具，刀具直径为d,齿数为疏齿型, 刀片的刃长为，
刀具的主偏角为90o，副偏角为0 ～2o；
   
Figure 317015DEST_PATH_IMAGE005
  面铣刀的偏心量为mm；
   
Figure 750587DEST_PATH_IMAGE007
 面铣刀的轴向进给量为 
Figure 650410DEST_PATH_IMAGE008
mm/r 。
    本发明的技术效果：
   本发明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，加工过程采用面铣刀。面铣刀安装在动力装置上，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，通过调整动力装置在Y轴的位置来调整刀具的偏心量，进而实现大轴向进给量切削，切削过程为断续切削，具有出色的切屑控制能力，能够解决目前大直径钢棒料粗加工断屑难及效率低的问题，提高了加工效率。
    附图说明
    图1是本发明的刀具位置图。
    具体实施方式
    一种大直径钢棒料高效正交车铣粗加工方法，以结构碳钢的粗加工为例说明正交车铣粗加工的效率高的特性及断屑良好特性。
    1.传统车削加工工艺参数及金属切除率
    将工件通过三爪卡盘装夹在车床的主轴上，随车床主轴高速旋转，产生连续切屑。
其初始加工工艺参数为工件材料为碳素结构钢，工件直径D=500mm，加工使用YT15硬质合金可转位车刀，前角为5o，后角为3o，切削深度为3mm，进给量为0.7mm/min,切削速度为80m/min，切屑为连续切屑。
    单位时间内金属切除量：
    工件的转速为：
Figure 216521DEST_PATH_IMAGE009
   
Figure 331238DEST_PATH_IMAGE010
2.正交车铣粗加工工艺参数及金属切除率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，正交车铣外圆采用面铣刀。面铣刀安装在动力装置上，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，通过调整动力装置在Y轴的位置来调整刀具轴线和工件轴线的偏移即偏心量，工件低速旋转实现周向进给运动，从而实现对外圆表面加工。以4齿铣刀为例，理论上讲，正交车铣加工过程中，刀具的轴线与工件的轴线垂直， 实际加工时，由于已加工表面有回弹，特别是正交车铣粗加工时，轴向进给量选的较大，已加工表面的残留面积的高度较大，这样回弹后的已加工表面就会对3齿产生强烈的摩擦与挤压，从而加剧了3齿的磨损，甚至产生破损。为了解决这一问题，将刀具轴线按照图1进行微小偏转，这样刀具轴线和刀具工作轴线产生2～3度的偏角，然后由调角装置调整刀片的角度，使每个刀片主切削刃恢复到旋转前的位置，与工件轴线垂直，调整后的1齿刀片与3齿刀片就会产生一个小的齿升差，这样可以解决回弹后的已加工表面挤压和摩擦刀片的问题。
初始加工工艺参数为：工件直径D=500mm,铣刀直径d=200mm,刀具齿z=12,刀具为YT15硬质合金刀具，刀片刃长度
Figure 691813DEST_PATH_IMAGE011
=20mm,切削深度为8mm,每齿进给量，切削速度为
Figure 511050DEST_PATH_IMAGE013
，断续切削，具有出色的切屑控制。
    工件轴线与铣刀轴线的偏心量:
Figure 401646DEST_PATH_IMAGE014
正交车铣轴向进给量
Figure 198700DEST_PATH_IMAGE015
铣刀的转速为
Figure 119121DEST_PATH_IMAGE016
由工件的周向进给速度为
Figure 292613DEST_PATH_IMAGE017
得，工件的转速为
Figure 303294DEST_PATH_IMAGE018
正交车铣粗加工外圆的单位时间内金属切除量：
Figure 271250DEST_PATH_IMAGE019
   3.金属切除率的比较
传统车削单位时间内金属切除量：
Figure 429699DEST_PATH_IMAGE020
正交车铣粗加工外圆的单位时间内金属切除量：
Figure 6491DEST_PATH_IMAGE022
由此可知，正交车铣粗加工外圆，单位时间内金属切除率提高31.6%，生产率有了较大提高，实现了高效切削。

Claims (2)

1.一种大直径钢棒料高效正交车铣粗加工方法，其特征在于该方法如下：
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，正交车铣外圆采用面铣刀，面铣刀安装在动力装置上，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，通过调整动力装置在Y轴的位置来调整刀具轴线和工件轴线的偏移即偏心量，工件低速旋转实现周向进给运动，从而实现对外圆表面加工。
2.根据权利要求1所述的一种大直径钢棒料高效正交车铣粗加工方法，其特征在于所述的工件和面铣刀在正交车铣加工过程中，工艺参数如下：
                                                  
Figure 566228DEST_PATH_IMAGE001
刀具工作轴线相对刀具轴线偏转2o～3o ；
    
Figure 856395DEST_PATH_IMAGE002
大直径钢棒料，塑性金属，直径范围为 300-1500mm；
    
Figure 798944DEST_PATH_IMAGE003
  硬质合金刀具，刀具直径为d,齿数为疏齿型, 刀片的刃长为
Figure 236878DEST_PATH_IMAGE004
，
刀具的主偏角为90o，副偏角为0 ～2o；
     
Figure 844446DEST_PATH_IMAGE005
  面铣刀的偏心量为
Figure 317016DEST_PATH_IMAGE006
mm；
    面铣刀的轴向进给量为 
Figure 293379DEST_PATH_IMAGE008
mm/r 。
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