復雜零件的仿形車削加工

      在機械加工中，一些結構復雜的零件，其加工工藝是很復雜的，有時還要求操作者能在最短的時間內(nèi)將工件加工出來，尤其是難加工材料的工件，其加工工藝更為復雜。為此，制造廠家不斷地尋求更加經(jīng)濟有效的方法來加工復雜零件，包括車削零件。CNC機床的先進性已使我們對幾乎可想象到的刀具軌跡進行編程。但是當?shù)毒哐刂�這些軌跡運動時，其刀具和零件之間的關系(切入角、進給量、切削速度和深度)持續(xù)發(fā)生著變化。所以，解決上述問題的關鍵在于如何以最有效和經(jīng)濟的方式車削復雜零件。
       復雜性的含義
       復雜的車削加工可能是刀具在徑向和軸向上同時進給的加工以形成不同的零件廓形。除此之外，其它復雜因素還包括工件材料的可加工性、期望的產(chǎn)量和機床能力，當然也有交貨期及加工成本。應當注意的是一個車間認為復雜的零件也許被另一個車間認為是常規(guī)零件，即零件的復雜性并不總是很明顯的。��
               Voss工業(yè)公司的John Campell先生指出，一個看起來簡單的零件或許比一個復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，這個過程就不再需要調節(jié)。另一方面，718合金法蘭在加工過程中要求連續(xù)進行調節(jié)以補償材料回彈、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
       車削一個復雜零件，最基本的要求是切削刃能夠進入到零件廓形所在的區(qū)域。這要求選擇適當?shù)牡镀�形狀、主偏角、副偏角、前角和后角。當選擇刀片形狀時，關鍵是應考慮刀片的強度。其中，圓刀片的強度最高。對非圓形刀片，刀尖角越大，其強度越高。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。刀桿的選擇實際上由所要求切入的軌跡來決定，如果需要進行復雜的仿形車削，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重要。我們常�？抗烙嫛⒔�(jīng)驗來判定刀具能否進入到工件及其相關的后角。這種方法很費時�，F(xiàn)在CAD作圖和切削模擬軟件在計算機顯示屏上進行模擬切削而不需要在實際零件上進行。
        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圖紙進行刀具設計。設計人員可以看出刀具是否需要鏟背或刀具能否進入一個深槽區(qū)域。對于一些真正復雜廓形的零件，采用標準刀具通常是不可行的，因為它們通常不能進入到復雜零件的凹腔和拐角處。而計算機模擬可以加速專用刀具的設計。
        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。例如當加工韌性材料，尤其是鎳基合金時，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。當加工鈦金屬時，后角太小將造成刀片熱失效。這樣的刀具在加工塑料時，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度；無后角刀片有足夠的強度，但必須安裝在負前角的刀桿上以形成足夠的后角。使用一個有正前角槽形的無后角刀片可保證需要的刀片強度，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?shù)镀瑥墓ぜ�中心向外移動時，切屑厚度變薄，切刀深度增加，切屑控制惡化。一個解決方法就是將一次走刀分為兩次走刀，將向外的進給換成向中心的進給，以獲得最終的廓形。
       薄壁細長零件難以裝夾，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廢。一個專門設計的、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，該刀片的周邊經(jīng)過精密磨削，故具有很高的光潔度。如一個航空制造商在加工噴氣式發(fā)動機壓縮機的薄壁密封鈦零件時，由于刀具振動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雜性，則由兩種材料構成的零件可能雙倍加大這種復雜性。因此當加工由多種材料構成的零件時，一個辦法就是選擇可加工不同材料的刀片牌號。例如當加工內(nèi)部為4340鋼、外部為鎳基合金的零件時，制造者必須在編程時增加一暫停程序，以便更換刀片。使用兩種不同牌號的刀片進行加工，其刀片壽命仍很低時，則推薦使用日本住友電工公司的AC2000 CVD涂層刀片，通過改變進給量和切削速度來加工上述兩種材料，不必停機更換刀片，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)成的刀片進行加工。在使用負前角J型刀桿進行切入式切削時，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方法就是磨去妨礙切削的這個部分。
       汽輪機管路系統(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，因為經(jīng)常沒有標準的刀具，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準刀片，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，因為他們已為加工某些特殊零件準備了專用的刀片。當一把修磨的刀具在一次走刀中不能滿足要求時，唯一選擇就是停機，使用另一種刀片來完成切削。不足之處是要花費時間，并且要中斷一次走刀，這將在工件上留下刀痕。��
       機床
             CNC機床制造商不斷引進先進技術來簡化復雜零件的車削。比較典型的就是Mazak公司的多功能車/銑床。這些機床像一臺在工作臺一端有車削主軸的加工中心。機床的B軸在加工中能沿零件徑向轉動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�，金屬切削學科的進步必將使復雜零件的車削變得更容易，要想經(jīng)濟有效地加工一些復雜零件，還是需要工藝因素的配合。