CN114192811A - 车铣复合机床自动车削加工钛合金产品的方法 - Google Patents

Abstract

本发明车铣复合机床自动车削加工钛合金产品的方法，涉及复合机床自动车削技术领域，尤其涉及车铣复合机床自动车削加工钛合金产品的编程及加工方法。本发明车铣复合机床自动车削加工钛合金产品的方法包括：11、图形采集，编辑子程序；12、编辑自动车削程序；13、调整切削三要素；14、设备参数调整；15、校验测量基准；16、钛合金产品装夹；17、调整刀具；18、调整冷却液的喷洒方式；19、车削加工。本发明的技术方案解决了现有技术中的由于钛合金自身的材料特性，加工难度大、刀具易磨损、降低切削能力；现有加工设备基于简单的编程形成加工路径，与实际的毛坯情况不符，存在大量空刀时间、产品尺寸过大，无法用量具直接测量的问题。

Description

车铣复合机床自动车削加工钛合金产品的方法

技术领域

本发明车铣复合机床自动车削加工钛合金产品的方法，涉及复合机床自 动车削技术领域，尤其涉及车铣复合机床自动车削加工钛合金产品的编程及 加工方法。

背景技术

钛合金产品因其特殊的材料性质，如金属比较活泼、刚性差、易变性、 加工后的表面回弹量很大，使其在加工过程中，由于切削热的高温影响，极 易与氢氧反应，形成氧化物，增加了对刀刃的磨损，降低了切削能力。加工 中时常会出现带状切削，容易产生积削瘤，较其他有色金属产品，给机械加 工带来了极大的难度和挑战。

由于加工设备的限制，传统的机械加工方法仅能基于简单编程完成直线 加圆弧的加工路径，即成品路径，与实际的毛坯情况完全不符，粗加工过程 会浪费大量的加工时间。此外，加工在空运行期间会人为加大进给速度，存 在撞刀和机床精度损坏风险，同时为了实现下一刀补偿的生效必须需要多次 停止程序，需要占用大量加工时间，致使产品的加工效率极低，延误生产工 期，造成很大的经济损失。

针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的车铣复合机床 自动车削加工钛合金产品的方法，从而克服现有技术中所存在的问题是十 分必要的。

发明内容

根据上述现有技术提出的由于钛合金自身的材料特性，加工难度大、刀 具易磨损、降低切削能力；现有加工设备基于简单的编程形成加工路径，与 实际的毛坯情况不符，粗加工过程浪费时间、产品加工效率低，存在撞刀和 机床精度损坏等风险的技术问题，而提供一种车铣复合机床自动车削加工钛 合金产品的方法。本发明主要设计一种数控编程控制车铣复合机床的机械加 工方法，实现钛合金产品的自动化车铣复合加工并且保证加工的产品具有较 高的精度，通过优化加工工艺实现对钛合金产品的完整加工。

本发明采用的技术手段如下：

一种车铣复合机床自动车削加工钛合金产品的方法包括：

11、图形采集，编辑子程序：采用CAD画图软件，配合现有车铣复合机 床的坐标系统，针对需要加工的钛合金产品进行毛坯测量，获得毛坯件的实 际尺寸，并且有针对性地测量冒口及外轮廓局部突出部位尺寸；将多角度的 不规则曲线轮廓投射至一个加工面上，将投射后的图形编辑到车铣复合机床 程序中,作为子程序A备用；

12、编辑自动车削程序：在主程序中将工件直径作为主要参数进行计算， 以实现线速度和走刀量的匹配，通过G96功能，将恒定线速度编辑到主程序 中，使整个加工过程中的线速度保持一致，提高表面粗糙度，增加G41功能， 消除刀尖半径对圆弧轮廓形状的影响，在程序的各种细节处消除对钛合金工 件形位误差的影响；进行逻辑关联编程，使待加工产品的毛坯轮廓(子程序 A)与成品加工路径(子程序B)编辑在一个主程序中形成子母程序，此程序 可根据毛坯实际情况自动规划刀具路径，从而避免空刀运行提高加工效率；

13、调整切削三要素：根据材料特点、工件结构、机床强度、刀具参数， 优化切削三要素，即切削速度、进给量和背吃刀量；

14、设备参数调整：依据需要加工的钛合金产品的重量，结合机床自身 承载力情况，将工作台的油膜厚度降到最低允许厚度0.2mm，这样在保证设 备使用安全的前提下，减少加工产品在旋转过程中产生的飘移，使加工尺寸 得到有效控制；

15、校验测量基准：在待加工钛合金产品装夹至车床之前，借用车床底 座圆盘的测量基准(要求不干涉加工过程)，用百分表测量出产品最大外径的 实际尺寸，并用车铣复合机床的铣削通道保存测量数据，减少反复校验测量 基准的时间，保证测量的准确性；

16、钛合金产品装夹：装夹待加工的钛合金产品时，用百分表代替原来 的指针进行毛坯工件的找正和装夹，将百分表压在工件上，再通过夹具进行 夹紧，夹紧力在百分上的变化不能超过10丝；

17、调整刀具：夹刀过程中，在刀体位置加入垫片，人为增加机加刀的 刃倾角，使刀刃始终处于先接触氧化皮的位置，从而保护好刀片中最脆弱的 刀尖部分，在一定程度上增加了切削的连续性；同时在不同的加工阶段选择 不同角度的刀具，减轻刀具切削分力对工件形变的影响；

18、调整冷却液的喷洒方式：使用短小且孔径为4mm的小型喷洒件代替 原有的大孔弯管长喷头，增加冷却液的喷射强度，同时避免了弯管被袋状切 削卷走的情况；

19、车削加工：按已编制程序进行加工。

进一步地，步骤12当中对主要参数进行计算的公式为：

其中：V代表：线速度；

D代表：工件直径；

N代表：机床转速上限

将V编辑到子程序中。

进一步地，机床转速上限输入值N，不得高于车铣复合机床规定的上限 值。

进一步地，步骤13中的加工过程中将背吃刀量定在5mm以内，从而利用 加工产品的自重来保证加工的稳定性。

进一步地，步骤15中的加工过程中，在铣削通道放置百分表，随时检测 车削力对产品形变的影响

进一步地，步骤16中通过夹具进行加紧，夹紧力的大小在百分表上的变 化体现为0.1mm以内，减轻夹紧力对工件形变的影响。

进一步地，步骤17中产品表面存在大量氧化皮，人为增加刀具刃倾角， 使其可达到保护刀具的目的，使切削过程保持连续性。

进一步地，步骤18中的小型喷洒件缩减喷射口径，在不改变电机功率的 情况下，增加了冷却液的喷射强度，这样也有利于清理刀尖，对刀尖有一定 的保护作用，同时喷射件长度的缩短也可以避免被带状切屑卷走的可能。

进一步地，步骤19中，在粗加工部分选择75°车刀和倒角45°车刀； 接近成品尺寸时，选择90°车刀替代原来的75°或45°车刀，使加工方向 垂直于切削刃，消除切削分力对工件形变的影响；交叉使用刀具，保证产品 的成品轮廓仅使用一把固定刀具来完成加工，提升产品表面切削质量。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的车铣复合机床自动车削加工钛合金产品的方法，对于加 工活泼的有色金属产品，可克服切削热的高温影响，增加实际的切削效率， 减少多余的刀路，减小刀具磨损，降低了加工成本，提高加工效率；

2、本发明提供的车铣复合机床自动车削加工钛合金产品的方法，设计编 制的数控加工程序以毛坯形状为实际的加工路径，省去了空运行及多次停机 床修改补偿的时间，提高了车铣复合机床使用率，降低了加工成本；

3、本发明提供的车铣复合机床自动车削加工钛合金产品的方法，设计编 制的数控加工程序可实现自计算背吃刀量，不会出现大背吃刀量的情况，减 少了刀具损耗，可达到“降本增效”的目的；

4、本发明提供的车铣复合机床自动车削加工钛合金产品的方法，设计编 制的数控程序可作为母本存放在车铣复合机床中，以后只需要改动少量参数， 就可以对今后的所有不规则的大荒量曲面工件进行加工；

5、本发明提供的车铣复合机床自动车削加工钛合金产品的方法，可实现 车铣复合机床自动运行加工钛合金产品，保证产品的加工精度；

6、本发明提供的车铣复合机床自动车削加工钛合金产品的方法，可实现 钛合金产品独立的车削加工、独立的铣削加工及车铣双通道复合加工，缩短 产品加工的时间，提高生产效率、减少经济损失；

7、本发明提供的车铣复合机床自动车削加工钛合金产品的方法，可用于 其他行业的数控机械加工制造领域中，如汽车工业、航空工业等；可适用于 其他活泼有色金属合金产品的数控自动车铣复合机械加工。

综上，应用本发明的技术方案解决了现有技术中的由于钛合金自身的材 料特性，加工难度大、刀具易磨损、降低切削能力；现有加工设备基于简单 的编程形成加工路径，与实际的毛坯情况不符，粗加工过程浪费时间、产品 加工效率低，存在撞刀和机床精度损坏等风险的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下 面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在 不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明工艺方法流程框图；

图2为产品旧程序的加工路线示意图；

图3为产品新程序的加工路线示意图；

图4为工艺优化前的刀轨示意图；

图5为工艺优化后的刀轨示意图。

图中：1、正常移动 2、快速车削 3、不规则毛坯 4、进刀方向； 5、车刀 6、每次车削路径 7、有效切削区域 8、优化的车削路径

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特 征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。 以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本 发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术 人员在没有做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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意 图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外 明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当 在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步 骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布 置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描 述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对 于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在 适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这 里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不 是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。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讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、 右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关 系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化 描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或 元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对 本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、 “在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所 示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空 间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的 不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造 上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或 构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上 方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其 他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相 对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件， 仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有 特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图所示，本发明提供了一种车铣复合机床自动车削加工钛合金产品的 方法包括：

11、图形采集，编辑子程序：采用CAD画图软件，配合现有车铣复合机 床的坐标系统，针对需要加工的钛合金产品进行毛坯测量，获得毛坯件的实 际尺寸，并且有针对性地测量冒口及外轮廓局部突出部位尺寸；将多角度的 不规则曲线轮廓投射至一个加工面上，将投射后的图形编辑到车铣复合机床 程序中,作为子程序A备用；

12、编辑自动车削程序：在主程序中将工件直径作为主要参数进行计 算，以实现线速度和走刀量的匹配，通过G96功能，将恒定线速度编辑到主 程序中，使整个加工过程中的线速度保持一致，提高表面粗糙度，增加G41 功能，消除刀尖半径对圆弧轮廓形状的影响，在程序的各种细节处消除对钛 合金工件形位误差的影响；进行逻辑关联编程，使待加工产品的毛坯轮廓 (子程序A)与成品加工路径(子程序B)编辑在一个主程序中形成子母程序， 此程序可根据毛坯实际情况自动规划刀具路径，从而避免空刀运行提高加工 效率；

13、调整切削三要素：根据材料特点、工件结构、机床强度、刀具参 数，优化切削三要素，即切削速度、进给量和背吃刀量；

14、设备参数调整：依据需要加工的钛合金产品的重量，结合机床自身 承载力情况，将工作台的油膜厚度降到最低允许厚度0.2mm，这样在保证设 备使用安全的前提下，减少加工产品在旋转过程中产生的飘移，使加工尺寸 得到有效控制；

15、校验测量基准：在待加工钛合金产品装夹至车床之前，借用车床底 座圆盘的测量基准(要求不干涉加工过程)，用百分表测量出产品最大外径 的实际尺寸，并用车铣复合机床的铣削通道保存测量数据，减少反复校验测 量基准的时间，保证测量的准确性；

16、钛合金产品装夹：装夹待加工的钛合金产品时，用百分表代替原来 的指针进行毛坯工件的找正和装夹，将百分表压在工件上，再通过夹具进行 夹紧，夹紧力在百分上的变化不能超过10丝；

17、调整刀具：夹刀过程中，在刀体位置加入垫片，人为增加机加刀的 刃倾角，使刀刃始终处于先接触氧化皮的位置，从而保护好刀片中最脆弱的 刀尖部分，在一定程度上增加了切削的连续性；同时在不同的加工阶段选择 不同角度的刀具，减轻刀具切削分力对工件形变的影响；

18、调整冷却液的喷洒方式：使用短小且孔径为4mm的小型喷洒件代替 原有的大孔弯管长喷头，增加冷却液的喷射强度，同时避免了弯管被袋状切 削卷走的情况；

19、车削加工：按已编制程序进行加工。

步骤12当中对主要参数进行计算的公式为：

其中：V代表：线速度；

D代表：工件直径；

N代表：机床转速上限；

将V编辑到子程序中。

机床转速上限输入值N，不得高于车铣复合机床规定的上限值。

步骤13中的加工过程中将背吃刀量定在5mm以内，从而利用加工产品的 自重来保证加工的稳定性。

步骤15中的加工过程中，在铣削通道放置百分表，随时检测车削力对 产品形变的影响

步骤16中通过夹具进行加紧，夹紧力的大小在百分表上的变化体现为 0.1mm以内，减轻夹紧力对工件形变的影响。

步骤17中产品表面存在大量氧化皮，人为增加刀具刃倾角，使其可达 到保护刀具的目的，使切削过程保持连续性。

步骤18中的小型喷洒件缩减喷射口径，在不改变电机功率的情况下， 增加了冷却液的喷射强度，这样也有利于清理刀尖，对刀尖有一定的保护作 用，同时喷射件长度的缩短也可以避免被带状切屑卷走的可能。

步骤19中，在粗加工部分选择75°车刀和倒角45°车刀；接近成品尺 寸时，选择90°车刀替代原来的75°或45°车刀，使加工方向垂直于切削 刃，消除切削分力对工件形变的影响；交叉使用刀具，保证产品的成品轮廓 仅使用一把固定刀具来完成加工，提升产品表面切削质量。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对 其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通 技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修 改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替 换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种车铣复合机床自动车削加工钛合金产品的方法，其特征在于：

所述的车铣复合机床自动车削加工钛合金产品的方法包括：

11、图形采集，编辑子程序：采用CAD画图软件，配合现有车铣复合机床的坐标系统，针对需要加工的钛合金产品进行毛坯测量，获得毛坯件的实际尺寸，并且有针对性地测量冒口及外轮廓局部突出部位尺寸；将多角度的不规则曲线轮廓投射至一个加工面上，将投射后的图形编辑到车铣复合机床程序中,作为子程序A备用；

12、编辑自动车削程序：在主程序中将工件直径作为主要参数进行计算，以实现线速度和走刀量的匹配，通过G96功能，将恒定线速度编辑到主程序中，使整个加工过程中的线速度保持一致，提高表面粗糙度，增加G41功能，消除刀尖半径对圆弧轮廓形状的影响，在程序的各种细节处消除对钛合金工件形位误差的影响；进行逻辑关联编程，使待加工产品的毛坯轮廓(子程序A)与成品加工路径(子程序B)编辑在一个主程序中形成子母程序，此程序可根据毛坯实际情况自动规划刀具路径，从而避免空刀运行提高加工效率；

13、调整切削三要素：根据材料特点、工件结构、机床强度、刀具参数，优化切削三要素，即切削速度、进给量和背吃刀量；

14、设备参数调整：依据需要加工的钛合金产品的重量，结合机床自身承载力情况，将工作台的油膜厚度降到最低允许厚度0.2mm，这样在保证设备使用安全的前提下，减少加工产品在旋转过程中产生的飘移，使加工尺寸得到有效控制；

15、校验测量基准：在待加工钛合金产品装夹至车床之前，借用车床底座圆盘的测量基准(要求不干涉加工过程)，用百分表测量出产品最大外径的实际尺寸，并用车铣复合机床的铣削通道保存测量数据，减少反复校验测量基准的时间，保证测量的准确性；

16、钛合金产品装夹：装夹待加工的钛合金产品时，用百分表代替原来的指针进行毛坯工件的找正和装夹，将百分表压在工件上，再通过夹具进行夹紧，夹紧力在百分上的变化不能超过10丝；

17、调整刀具：夹刀过程中，在刀体位置加入垫片，人为增加机加刀的刃倾角，使刀刃始终处于先接触氧化皮的位置，从而保护好刀片中最脆弱的刀尖部分，在一定程度上增加了切削的连续性；同时在不同的加工阶段选择不同角度的刀具，减轻刀具切削分力对工件形变的影响；

18、调整冷却液的喷洒方式：使用短小且孔径为4mm的小型喷洒件代替原有的大孔弯管长喷头，增加冷却液的喷射强度，同时避免了弯管被袋状切削卷走的情况；

19、车削加工：按已编制程序进行加工。

2.根据权利要求1所述的车铣复合机床自动车削加工钛合金产品的方法，其特征在于：

所述的步骤12当中对主要参数进行计算的公式为：

其中：V代表：线速度；

D代表：工件直径；

N代表：机床转速上限；

将V编辑到子程序中。

3.根据权利要求2所述的车铣复合机床自动车削加工钛合金产品的方法，其特征在于：

所述的机床转速上限输入值N，不得高于车铣复合机床规定的上限值。

4.根据权利要求1所述的车铣复合机床自动车削加工钛合金产品的方法，其特征在于：

所述的步骤13中的加工过程中将背吃刀量定在5mm以内，从而利用加工产品的自重来保证加工的稳定性。

5.根据权利要求1所述的车铣复合机床自动车削加工钛合金产品的方法，其特征在于：

所述的步骤15中的加工过程中，在铣削通道放置百分表，随时检测车削力对产品形变的影响。

6.根据权利要求1所述的车铣复合机床自动车削加工钛合金产品的方法，其特征在于：

所述的步骤16中通过夹具进行加紧，夹紧力的大小在百分表上的变化体现为0.1mm以内，减轻夹紧力对工件形变的影响。

7.根据权利要求1所述的车铣复合机床自动车削加工钛合金产品的方法，其特征在于：

所述的步骤17中产品表面存在大量氧化皮，人为增加刀具刃倾角，使其可达到保护刀具的目的，使切削过程保持连续性。

8.根据权利要求1所述的车铣复合机床自动车削加工钛合金产品的方法，其特征在于：

所述的步骤18中的小型喷洒件缩减喷射口径，在不改变电机功率的情况下，增加了冷却液的喷射强度，这样也有利于清理刀尖，对刀尖有一定的保护作用，同时喷射件长度的缩短也可以避免被带状切屑卷走的可能。

9.根据权利要求1所述的车铣复合机床自动车削加工钛合金产品的方法，其特征在于：

所述的步骤19中，在粗加工部分选择75°车刀和倒角45°车刀；接近成品尺寸时，选择90°车刀替代原来的75°或45°车刀，使加工方向垂直于切削刃，消除切削分力对工件形变的影响；交叉使用刀具，保证产品的成品轮廓仅使用一把固定刀具来完成加工，提升产品表面切削质量。

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