CN108747203A - 一种粉末冶金材料加工方法及数控加工中心 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粉末冶金材料加工方法及数控加工中心，涉及机械加工技术领域。包括：确定待加工表面，将待加工零件固定在夹具上；在主轴上安装平底铣刀，对刀并确定坐标值；启动主轴，所述平底铣刀转动并从坐标原点进给到待加工部位预备位置；在所述待加工表面加工底孔。在主轴上更换螺纹铣刀，启动主轴，所述螺纹铣刀转动并从坐标原点进给到待加工部位预备位置；对所述底孔进行铣削螺纹，使所述底孔铣削出螺纹。本发明避免了加工粉末冶金材料时出现的崩角现象和丝锥难以攻牙等难题，并且铣削螺纹时加工效率高，螺纹的质量高，加工时对刀具的磨损小，延长刀具的使用寿命。

Description

一种粉末冶金材料加工方法及数控加工中心

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，具体而言，涉及一种粉末冶金材料加工方法及数控加工中心。

背景技术

粉末冶金材料如含有铬或者钛等成分的产品，由于产品是由金属粉末烧结而成，产品硬度高韧性差，在机械加工过程中容易出现崩角现象。

现有技术中，针对粉末冶金材料在加工过程中极易崩角现象，以及加工参数设计、刀具选择不合理等均未得到有效的解决，使产品外观及尺寸达不到图纸要求，导致加工的零部件使用体验较差，甚至加工的零部件直接崩角报废。严重影响产品的良品率，对设备的损害也比较大。

另外，粉末冶金材料在钻铣攻牙时，采用常规钻铣螺纹孔刀具，钻头在钻穿产品时出现严重脱落现象，切削丝锥在攻螺纹的时候，四周就开始脱落无法加工产品。对于这种粉末冶金材料，由于本身的物理特性，用丝锥加工时效率极低，并且丝锥还容易折断，直接卡死在工件内部，造成丝锥的损坏和工件的报废。

发明内容

本发明的目的在于提供一种粉末冶金材料加工方法及数控加工中心，能够降低加工粉末冶金材料时容易出现的崩角现象的发生，解决丝锥难以攻牙的难题，并且铣削螺纹时加工效率高，螺纹的质量高，加工时对刀具的磨损小，有效的延长刀具的使用寿命。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明实施例的一方面，提供一种粉末冶金材料加工方法，包括：

确定待加工表面，将待加工零件固定在夹具上；

在主轴上安装平底铣刀，对刀并确定坐标值；

启动主轴，所述平底铣刀转动并从坐标原点进给到待加工部位预备位置；

在所述待加工表面加工底孔，其中，主轴转速为 3000r/min～4000r/min，进给量为200mm/min～300mm/min，Z向进给量为5mm/mim～10mm/min，背吃刀量为0.02mm～0.05mm；

所述平底铣刀退出所述底孔，主轴停止并退回所述坐标原点；

在主轴上更换螺纹铣刀，启动主轴，所述螺纹铣刀转动并从坐标原点进给到待加工部位预备位置；

对所述底孔进行铣削螺纹，其中，主轴转速为 2500r/min～3500r/min，进给量为20mm/min～30mm/min，背吃刀量为 0.01mm～0.05mm，使所述底孔铣削出螺纹。

可选地，所述平底铣刀包括硬质合金平底铣刀，所述螺纹铣刀包括硬质合金螺纹铣刀。

可选地，所述在所述待加工表面加工底孔包括：

所述平底铣刀旋转铣削加工一个预设周期，所述平底铣刀的Z 轴方向进给一个预设距离。

可选地，根据背吃刀量和切削余量，确定所述平底铣刀旋转铣削加工一个预设周期的循环工作次数。

可选地，所述对所述底孔进行铣削螺纹，其中，加工所述螺纹的参数包括主轴转速为2500r/min～3500r/min，进给量为 20mm/min～30mm/min，背吃刀量为0.01mm～0.05mm包括：

所述背吃刀量随加工循环次数的增加逐渐减小。

可选地，所述对所述底孔进行铣削螺纹包括：

所述螺纹铣刀铣削一圈螺纹，所述螺纹铣刀在Z轴方向移动一个导程。

可选地，根据所述螺纹规格，确定所述螺纹铣刀Z轴方向移动次数。

可选地，所述螺纹包括左旋螺纹和右旋螺纹。

可选地，所述底孔包括盲孔和通孔。

本发明实施例的另一方面，提供一种数控加工中心，所述数控加工中心采用上述任意一项的粉末冶金材料加工方法加工工件。

本发明实施例的有益效果包括：

在确定待加工表面，将待加工零件固定在夹具上；在主轴上安装平底铣刀，对刀并确定坐标值；启动主轴，所述平底铣刀转动并从坐标原点进给到待加工部位预备位置；在所述待加工表面加工底孔的过程中，通过对主轴转速、进给量、Z向进给量和背吃刀量的设置，使加工底孔时，对粉末冶金材料的加工更平稳，降低崩角问题的发生率。在主轴上更换螺纹铣刀，启动主轴，所述螺纹铣刀转动并从坐标原点进给到待加工部位预备位置；对所述底孔进行铣削螺纹过程中通过对主轴转速、进给量和背吃刀量等加工参数的改变，使所述底孔铣削出螺纹符合图纸加工要求。可以解决丝锥难以加工高硬度材料、加工螺纹时粉末冶金材料易报废的难题，加工螺纹时对螺纹铣刀的磨损较小，延长刀具的使用寿命，加工线速度高，提升加工速率，加工质量稳定，加工精度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的粉末冶金材料加工方法的流程图之一；

图2为本发明实施例提供的铣刀与底孔的相对位置示意图；

图3为本发明实施例提供的粉末冶金材料加工方法的流程图之二；

图4为本发明实施例提供的粉末冶金材料加工方法的流程图之三；

图5为本发明实施例提供的粉末冶金材料加工方法的流程图之四。

图标:100-待加工零件；101-待加工表面；105-底孔直径；200- 铣刀直径。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

第一实施例

请参照图1和图2，本实施例提供一种加工粉末冶金材料的方法，包括：

S100、确定待加工表面101，将待加工零件100固定在夹具上。

示例的，对于圆柱形零件可以采用三抓卡盘固定，对于特殊形状的零件可以采用专用的夹具进行装夹。本发明实施例中对于夹具的形状不作具体限定，只要保证对待加工零件100的稳定夹持即可。本领域技术人员应当知晓，夹具对零件的装夹，对零件的夹持面积不应过少，防止加工过程中待加工零件100 脱离夹具，造成刀具和设备的损坏。此外，待加工表面101要与主轴垂直，防止加工时孔位偏离。

S110、在主轴上安装平底铣刀，对刀并确定坐标值。

在主轴上安装平底铣刀时，由于平底铣刀出厂时通常都涂有防锈油，如果切削时使用非水溶性切削油，刀夹内孔也会附着一层雾状油膜，当刀柄、刀夹上都有油膜时，刀夹很难牢固夹紧刀柄，加工时平底铣刀就容易松动掉落。因此，平底铣刀在主轴上装夹安装前，应先将刀柄部和刀夹内孔用清洗液清洗干净，擦干后再进行装夹。

平底铣刀装夹好之后，主轴转速设为300r/min～400r/min，进行对刀，根据对刀结果来确定待加工表面101的Z坐标的坐标值以及待加工底孔中心的X和Y坐标值。

S120、启动主轴，所述平底铣刀转动并从坐标原点进给到待加工部位预备位置。

启动主轴，主轴以3000r/min～4000r/min的预设转速转动，平底铣刀从坐标原点进给到待加工部位的预备位置，在本阶段的进给过程中，主轴以系统默认的最高速度进行进给，确保减少零件的加工时长。

需要说明的是，待加工部位预备位置是在待加工表面101正前方2mm～3mm的位置，此位置距离待加工表面101较近，也可以有效的防止撞刀。以此位置为一个过渡点，由待加工部位预备位置再以设定的进给量往前推进时，即视为开始进行底孔加工操作。

S130、在所述待加工表面101加工底孔。其中，主轴转速为 3000r/min～4000r/min，进给量为200mm/min～300mm/min，Z向进给量为5mm/mim～10mm/min，背吃刀量为0.02mm～0.05mm。

加工底孔时，主轴转速设置为3000r/min～4000r/min，进给量为 200mm/min～300mm/min，Z向进给量为5mm/mim～10mm/min，背吃刀量为0.02mm～0.05mm。其中，上述进给量的方向是XY所在平面方向，Z向进给量的方向指Z轴的正方向。另外，加工过程刀具难以避免的会出现振动现象。振动会使平底铣刀圆周刃背吃刀量不均匀，进而铣削量比原定值增大。一般情况下，振动现象可以忽略不计，加工精度均在允许误差范围之内。实际加工过程中，加工参数可以根据加工出的零件情况进行微调，以满足所需的加工需要。

S140、所述平底铣刀退出所述底孔，主轴停止并退回所述坐标原点。

底孔加工完成退刀时，平底铣刀先从底孔侧壁移动至底孔中心，然后再由底孔中心退出底孔，直至退回至坐标原点。此退刀方式防止退刀过程中碰到底孔边缘，对底孔造成损伤甚至折断平底铣刀。

S150、在主轴上更换螺纹铣刀，启动主轴，所述螺纹铣刀转动并从坐标原点进给到待加工部位预备位置。

同样的，主轴转速设置为2500r/min～3500r/min，螺纹铣刀从坐标原点进给到待加工部位的预备位置，在本阶段的进给过程中，并不进行零件的实际加工，仅是向待加工零件100靠近达到预备位置，此时主轴以系统默认的最高速度进行进给，以减少零件加工的准备时间。预备位置是在待加工表面101正前方 2mm～3mm所在位置，为后续加工螺纹时减少进给时间。

S160、对所述底孔进行铣削螺纹。其中，主轴转速为 2500r/min～3500r/min，进给量为20mm/min～30mm/min，背吃刀量为 0.01mm～0.05mm，使所述底孔铣削出螺纹。

铣削螺纹时，主轴转速设置为2500r/min～3500r/min，进给量为 20mm/min～30mm/min，背吃刀量为0.01mm～0.05mm。同样的，加工过程刀具有会出现振动现象。振动会使螺纹铣刀圆周刃背吃刀量不均匀，且铣削量比原定值增大。一般情况下，振动现象可以忽略不计，加工精度均在允许误差范围之内。实际加工过程中，加工参数可以根据加工出的零件情况进行微调，以满足所需的加工需要。

本发明实施例提供的粉末冶金材料加工方法，通过对主轴转速、进给量、Z向进给量和背吃刀量的设置以及刀具的合理选用，使加工底孔和铣削螺纹时，对粉末冶金材料的加工更平稳，降低崩角问题的发生率。同时，螺纹铣刀可以高速的铣削，加工出螺纹表面的光洁度也大幅提高。可以解决丝锥难以加工高硬度材料、加工螺纹时粉末冶金材料易报废的难题，加工螺纹时对螺纹铣刀的磨损较小，延长刀具的使用寿命，加工线速度高，提升加工速率，加工质量稳定，加工精度高。

进一步地，所述平底铣刀包括硬质合金平底铣刀，所述螺纹铣刀包括硬质合金螺纹铣刀。在含有铬、钛等粉末冶金材料的工件上加工螺纹孔一直是比较困难的问题，采用硬质合金螺纹铣刀对这种硬材料的螺纹加工效果比较理想，有效的降低了崩角等现象的发生，可以满足加工要求。并且硬质合金铣刀比较耐用，减少换刀时的工时浪费以及减少刀具的损耗，加工成本更低。

进一步地，请参照图3，在所述待加工表面101加工底孔包括：

S200、平底铣刀旋转铣削加工一个预设周期，平底铣刀的Z轴方向进给一个预设距离。

具体的，首先根据要加工螺纹的规格确定加工的底孔直径105。其中，确定底孔直径105的大小，可以通过查表的方式获得，本领域技术人员也可以根据加工要求以及加工经验的历史数值进行计算获得，示例的，对于常规的加工底孔螺纹，底孔直径105可以根据公称直径减去螺距计算得到。

其次，确定加工参数以及平底铣刀半径补偿值。其中随着平底铣刀的使用次数增加，半径补偿值也要相应进行微调改变，以减小加工误差，提高加工精度。

然后，根据步骤S200、平底铣刀旋转铣削加工一个预设周期，平底铣刀的Z轴方向进给一个预设距离。该步骤循环进行。

如图2所示，底孔直径105大于铣刀直径200，预设周期指的是，平底铣刀加工底孔时铣削底孔位置一圆周所需要的时间。当前圆周加工完成之后，平底铣刀的Z轴方向进给一个预设距离。其中，根据所需加工的底孔的深度、切削余量以及背吃刀量来确定平底铣刀实际的进刀距离，底孔的深度减去切削余量的值除以背吃刀量得出步骤S200的循环工作次数。

示例的，假定底孔的深度为10mm，切削余量为1mm，根据背吃刀量的范围值设定背吃刀量为0.04mm，则需要循环工作的次数为 225次。

最后，对加工底孔后残留的积屑清理干净。

进一步地，请参照图4，对所述底孔进行铣削螺纹，其中，加工所述螺纹的参数包括主轴转速为2500r/min～3500r/min，进给量为 20mm/min～30mm/min，背吃刀量为0.01mm～0.05mm包括：

S300、所述背吃刀量随加工循环次数的增加逐渐减小。

具体的，设置螺纹的加工参数以及螺纹铣刀半径补偿值，其中，加工所述螺纹的参数包括：主轴转速为2500r/min～3500r/min，进给量为20mm/min～30mm/min，背吃刀量为0.01mm～0.05mm。

设置加工螺纹的参数后，可根据实际加工情况进行微调，其中每把不同型号的螺纹铣刀有自己的半径补偿值，此外，随着螺纹铣刀的使用次数增加，半径补偿值也要相应进行改变，以减小加工误差，提高加工精度。

进一步地，请参照图5，对所述底孔进行铣削螺纹包括：

S400、所述螺纹铣刀铣削一圈螺纹，所述螺纹铣刀在Z轴方向移动一个导程。

螺纹铣刀铣削螺纹时，螺纹铣刀的直径小于底孔的直径，螺纹铣刀铣削一圈螺纹，即，一个导程的螺旋线。螺纹铣刀在Z 轴方向移动一个导程，该导程是螺距与螺纹线数的乘积，单线时一个导程的距离就是一个螺距的距离。

然后，根据螺纹规格，确定螺纹铣刀Z轴方向移动的次数。具体地，根据所要加工螺纹的深度，以及螺距来确定最终移动的次数，以此加工出整个完整的螺纹。其中，加工螺纹时，背吃刀量随循环次数逐渐减小。

最后，对加工后的螺纹进行检验，检验结果是对参数设置的一个验证，以此来确定所选刀具和加工参数能否较好的完成粉末冶金材料的加工。

可选的，上述螺纹包括左旋螺纹和右旋螺纹，并且底孔包括盲孔和通孔。对于小直径螺纹加工，特别是这种粉末冶金材料等高硬度材料的螺纹加工中，丝锥有时会折断，堵塞螺纹孔，甚至使零件报废。采用螺纹铣刀，由于刀具直径比加工的孔小，即使折断也不会堵塞螺纹孔，非常容易取出，不会轻易导致零件报废。对于单刃螺纹铣刀来说，同一把螺纹铣刀加工时不受螺纹规格的影响，适用性较好。多刃铣刀则要保证每个有效刀齿同时参与铣削，从而完成整个螺纹的加工，当要加工多大螺距的螺纹时，必须选择与之对应的螺纹铣刀，这种刀具加工效率更高。

第二实施例

本实施例提供一种数控加工中心，数控加工中心采用上述任意一项的粉末冶金材料加工方法加工工件。具有加工效率高、螺纹质量高和刀具通用性好等众多优点，粉末冶金材料加工方法和有益效果已经在前述实施例中进行了详细描述，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种粉末冶金材料加工方法，其特征在于，包括：

确定待加工表面，将待加工零件固定在夹具上；

在主轴上安装平底铣刀，对刀并确定坐标值；

启动主轴，所述平底铣刀转动并从坐标原点进给到待加工部位预备位置；

在所述待加工表面加工底孔，其中，主轴转速为3000r/min～4000r/min，进给量为200mm/min～300mm/min，Z向进给量为5mm/mim～10mm/min，背吃刀量为0.02mm～0.05mm；

所述平底铣刀退出所述底孔，主轴停止并退回所述坐标原点；

在主轴上更换螺纹铣刀，启动主轴，所述螺纹铣刀转动并从坐标原点进给到待加工部位预备位置；

对所述底孔进行铣削螺纹，其中，主轴转速为2500r/min～3500r/min，进给量为20mm/min～30mm/min，背吃刀量为0.01mm～0.05mm，使所述底孔铣削出螺纹。

2.根据权利要求1所述的粉末冶金材料加工方法，其特征在于，所述平底铣刀包括硬质合金平底铣刀，所述螺纹铣刀包括硬质合金螺纹铣刀。

3.根据权利要求1所述的粉末冶金材料加工方法，其特征在于，所述在所述待加工表面加工底孔包括：

所述平底铣刀旋转铣削加工一个预设周期，所述平底铣刀的Z轴方向进给一个预设距离。

4.根据权利要求3所述的粉末冶金材料加工方法，其特征在于，根据背吃刀量和切削余量，确定所述平底铣刀旋转铣削加工一个预设周期的循环工作次数。

5.根据权利要求1所述的粉末冶金材料加工方法，其特征在于，所述对所述底孔进行铣削螺纹，其中，加工所述螺纹的参数包括主轴转速为2500r/min～3500r/min，进给量为20mm/min～30mm/min，背吃刀量为0.01mm～0.05mm包括：

所述背吃刀量随加工循环次数的增加逐渐减小。

6.根据权利要求1所述的粉末冶金材料加工方法，其特征在于，所述对所述底孔进行铣削螺纹包括：

所述螺纹铣刀铣削一圈螺纹，所述螺纹铣刀在Z轴方向移动一个导程。

7.根据权利要求6所述的粉末冶金材料加工方法，其特征在于，根据所述螺纹规格，确定所述螺纹铣刀Z轴方向移动次数。

8.根据权利要求1所述的粉末冶金材料加工方法，其特征在于，所述螺纹包括左旋螺纹和右旋螺纹。

9.根据权利要求1所述的粉末冶金材料加工方法，其特征在于，所述底孔包括盲孔和通孔。

10.一种数控加工中心，其特征在于，所述数控加工中心采用权利要求1～9任意一项的粉末冶金材料加工方法加工工件。