復(fù)雜零件的仿形車削加工

      在機(jī)械加工中，一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，其加工工藝是很復(fù)雜的，有時(shí)還要求操作者能在最短的時(shí)間內(nèi)將工件加工出來，尤其是難加工材料的工件，其加工工藝更為復(fù)雜。為此，制造廠家不斷地尋求更加經(jīng)濟(jì)有效的方法來加工復(fù)雜零件，包括車削零件。CNC機(jī)床的先進(jìn)性已使我們對幾乎可想象到的刀具軌跡進(jìn)行編程。但是當(dāng)?shù)毒哐刂�這些軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)，其刀具和零件之間的關(guān)系(切入角、進(jìn)給量、切削速度和深度)持續(xù)發(fā)生著變化。所以，解決上述問題的關(guān)鍵在于如何以最有效和經(jīng)濟(jì)的方式車削復(fù)雜零件。
       復(fù)雜性的含義
       復(fù)雜的車削加工可能是刀具在徑向和軸向上同時(shí)進(jìn)給的加工以形成不同的零件廓形。除此之外，其它復(fù)雜因素還包括工件材料的可加工性、期望的產(chǎn)量和機(jī)床能力，當(dāng)然也有交貨期及加工成本。應(yīng)當(dāng)注意的是一個(gè)車間認(rèn)為復(fù)雜的零件也許被另一個(gè)車間認(rèn)為是常規(guī)零件，即零件的復(fù)雜性并不總是很明顯的。��
               Voss工業(yè)公司的John Campell先生指出，一個(gè)看起來簡單的零件或許比一個(gè)復(fù)雜形狀的零件更具挑戰(zhàn)性。他將718鎳合金法蘭的車削加工與螺旋管接頭的加工作了一個(gè)比較。盡管螺旋管接頭要求10次安裝和24道工序，但一旦安裝好開始加工后，這個(gè)過程就不再需要調(diào)節(jié)。另一方面，718合金法蘭在加工過程中要求連續(xù)進(jìn)行調(diào)節(jié)以補(bǔ)償材料回彈、收縮和刀具磨損。另外，不同材料、同樣形狀的工件對切削力的反應(yīng)不同。以法蘭為例，在材料規(guī)定的范圍內(nèi)，鎳和鉻元素的變化可能使一批材料與另一批材料以及零件與零件之間的切削條件發(fā)生變化。
       選擇刀片幾何形狀
       車削一個(gè)復(fù)雜零件，最基本的要求是切削刃能夠進(jìn)入到零件廓形所在的區(qū)域。這要求選擇適當(dāng)?shù)牡镀�形狀、主偏角、副偏角、前角和后角。�?dāng)選擇刀片形狀時(shí)，關(guān)鍵是應(yīng)考慮刀片的強(qiáng)度。其中，圓刀片的強(qiáng)度最高。對非圓形刀片，刀尖角越大，其強(qiáng)度越高。但是由于隙角的原因，仿形車削通常使用35°或55°的菱形刀片。刀桿的選擇實(shí)際上由所要求切入的軌跡來決定，如果需要進(jìn)行復(fù)雜的仿形車削，則可選擇安裝菱形刀片的J型刀桿，這樣可形成較大的后角。
        刀片的刀尖角和主偏角一起決定著刀具能否進(jìn)入工件輪廓；工件和刀片主切削刃之間的間隙、副后刀面及其下半部分的后角至關(guān)重要。我們常常靠估計(jì)、經(jīng)驗(yàn)來判定刀具能否進(jìn)入到工件及其相關(guān)的后角。這種方法很費(fèi)時(shí)�，F(xiàn)在CAD作圖和切削模擬軟件在計(jì)算機(jī)顯示屏上進(jìn)行模擬切削而不需要在實(shí)際零件上進(jìn)行。
        美國綠葉公司的Dale Hill說，他們公司直接根據(jù)顧客提供的CAD圖紙進(jìn)行刀具設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員可以看出刀具是否需要鏟背或刀具能否進(jìn)入一個(gè)深槽區(qū)域。對于一些真正復(fù)雜廓形的零件，采用標(biāo)準(zhǔn)刀具通常是不可行的，因?yàn)樗鼈兺ǔ２荒苓M(jìn)入到復(fù)雜零件的凹腔和拐角處。而計(jì)算機(jī)模擬可以加速專用刀具的設(shè)計(jì)。
        刀片后角
        刀片的主前角和副前角將決定后刀面和工件間的后角。不同的材料要求不同的后角。例如當(dāng)加工韌性材料，尤其是鎳基合金時(shí)，其回彈性非常大。這些合金會在切削刃前面鼓起，在切削刃通過后產(chǎn)生回彈。這些回彈的工件將刮擦后刀面，并產(chǎn)生大量的切削熱。另外鎳基材料的加工硬化也會產(chǎn)生切削熱，最終導(dǎo)致刀具熱失效。失效形式可能是崩刃，但切削刃的熱膨脹將導(dǎo)致刀具斷裂。��
        鈦金屬材料可能回彈0.05mm和0.08mm，因此加工這類材料時(shí)要求在后刀面和工件之間有14°或15°的后角，以防止熱失效。然而鈦和塑料有相似的回彈性。當(dāng)加工鈦金屬時(shí)，后角太小將造成刀片熱失效。這樣的刀具在加工塑料時(shí)，由回彈產(chǎn)生的切削力和切削熱將融化塑料工件。
刀片的后角不能過大，過大的后角將會降低刀片的強(qiáng)度；無后角刀片有足夠的強(qiáng)度，但必須安裝在負(fù)前角的刀桿上以形成足夠的后角。使用一個(gè)有正前角槽形的無后角刀片可保證需要的刀片強(qiáng)度，又可形成正前角的切削。
      切削力和切屑控制
      工件、刀具和車削系統(tǒng)中其它因素之間關(guān)系的變化將影響有效的切屑控制。例如，在仿形車削加工中，當(dāng)?shù)镀瑥墓ぜ�中心向外移�?dòng)時(shí)，切屑厚度變薄，切刀深度增加，切屑控制惡化。一個(gè)解決方法就是將一次走刀分為兩次走刀，將向外的進(jìn)給換成向中心的進(jìn)給，以獲得最終的廓形。
       薄壁細(xì)長零件難以裝夾，切削力可能引起工件變形和極差的表面粗糙度甚至使零件報(bào)廢。一個(gè)專門設(shè)計(jì)的、可控制切屑的刀片可以減小這種變形。綠葉公司提供一種名為TurboForm的精加工硬質(zhì)合金刀片，它有很大的正前角和壓制的斷屑器，所以產(chǎn)生的切削力很低。同時(shí)，該刀片的周邊經(jīng)過精密磨削，故具有很高的光潔度。如一個(gè)航空制造商在加工噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)的薄壁密封鈦零件時(shí)，由于刀具振動(dòng)使得刀片崩刃和加工表面光潔度降低。在使用TurboForm刀片后，消除了刀片振動(dòng)和工件變形的現(xiàn)象，延長了刀具的壽命。
       如果工件材料的可加工性造成了車削加工的復(fù)雜性，則由兩種材料構(gòu)成的零件可能雙倍加大這種復(fù)雜性。因此當(dāng)加工由多種材料構(gòu)成的零件時(shí)，一個(gè)辦法就是選擇可加工不同材料的刀片牌號。例如當(dāng)加工內(nèi)部為4340鋼、外部為鎳基合金的零件時(shí)，制造者必須在編程時(shí)增加一暫停程序，以便更換刀片。使用兩種不同牌號的刀片進(jìn)行加工，其刀片壽命仍很低時(shí)，則推薦使用日本住友電工公司的AC2000 CVD涂層刀片，通過改變進(jìn)給量和切削速度來加工上述兩種材料，不必停機(jī)更換刀片，顯著地提高了刀具壽命。
       修磨
       一些零件輪廓不能簡單地使用現(xiàn)成的刀片進(jìn)行加工。在使用負(fù)前角J型刀桿進(jìn)行切入式切削時(shí)，35°刀片的副后刀面的下半部分可能與工件發(fā)生碰撞，引起刀片斷裂。防止這種情況的一個(gè)方法就是磨去妨礙切削的這個(gè)部分。
       汽輪機(jī)管路系統(tǒng)制造商Jeff Carver先生說，他們經(jīng)常使用非常鋒利的刀具來加工零件，因?yàn)榻?jīng)常沒有標(biāo)準(zhǔn)的刀具，因此需要經(jīng)常修磨刀具。盡管一些制造廠商喜歡庫存的標(biāo)準(zhǔn)刀片，通過修磨來滿足特定的加工要求，但這些修磨的刀片也可直接從刀具生產(chǎn)廠家購買，因?yàn)樗麄円褳榧庸つ承┨厥饬慵��?zhǔn)備了專用的刀片。當(dāng)一把修磨的刀具在一次走刀中不能滿足要求時(shí)，唯一選擇就是停機(jī)，使用另一種刀片來完成切削。不足之處是要花費(fèi)時(shí)間，并且要中斷一次走刀，這將在工件上留下刀痕。��
       機(jī)床
             CNC機(jī)床制造商不斷引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)來簡化復(fù)雜零件的車削。比較典型的就是Mazak公司的多功能車/銑床。這些機(jī)床像一臺在工作臺一端有車削主軸的加工中心。機(jī)床的B軸在加工中能沿零件徑向轉(zhuǎn)動(dòng)225°，這使刀尖半徑始終在與切削相切的方向上，可用一把刀完成多道工序�？傊�，金屬切削學(xué)科的進(jìn)步必將使復(fù)雜零件的車削變得更容易，要想經(jīng)濟(jì)有效地加工一些復(fù)雜零件，還是需要工藝因素的配合。