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卧式机床加工钛合金铰链的优势

山东益人机械有限公司 发布时间:2014/2/27

1 引言

目前,钛合金材料在铰链材料中应用极为广泛,但是由于钛合金材料导热系数小,在切削中如排屑不及时,会加剧刀具磨损, 降低刀具具寿命,导致加工表面质量差等问题。本文以某型机一典型件为例,通过对零件工艺性分析, 详细论述了卧式机床高效的加工方法。

2 零件工艺性分析

此零件具有复杂的结构,零件在六个方向上都有型面,需要多个工位配合完成加工。此零件毛料为模锻件,材料为TA15M,外廓尺寸470×250 X 170,重量63kg(见图1)

零件外廓尺寸为160×230 X 450。零件重量为 7.323kg,金属去除率为88.4%。零件结构为铰链式结构,在六个方向上均有型面,结构极其不规则。 装夹部位不开阔,稳定性差,而零件许多壁厚尺寸要在多个工位中才能形成。保证零件壁厚是设定工艺方案的关键点。零件槽深,最深处160ram,槽空间小,仅宽34mm,转角小,仅为R10。这些转角装配时有搭接关系,必须严格保证尺寸。数控加工需要长径比很大的刀具,刀具刚性差,也是加工的难点之一 。

3 加工方案的确定

3.1 采用立式数控机床加工

由于零件在各个方向都有型面,加工时要用专用铣夹将零件放置不同角度。用五坐标立式机床加 工,再转卧式机床加工两端头。因此靠夹具定位面设计不同角度来满足数控加工。图2所示为零件的加工部位。

部位A是后续加工其他部位的基准,加工此面时需要一套专用夹具;受五坐标立式摆角限制,加工部位B时,需要两套夹具两次装夹完成;加工部位c 时,需要三套夹具三次装夹完成;加工部位D、E时, 需要转到卧式机床加工,用一套专用夹具两次装夹完成。

由于某个部位需要在多个夹具完成,加工误差受多方面影响,如夹具定位误差,夹具制造误差,零件重复装夹误差等等。各种误差累计后,很难保证 零件尺寸,而且需要多套夹具,制造成本增加。加工 中多次准备夹具,加工效率低,生产周期长。 受五坐标机床摆角限制(A±30B±30,零件 最大角度39),数控加工后留有大量的常规补加工部位。由此分析,此零件不适合用立式数控机床加工。

3.2 采用卧式数控机床加工

(1)数控机床的选择

此零件锻件外廓尺寸为470 X250×170,适合 在具有较小工作台的卧式机床加工。结合现有设备,选择数控五坐标高刚性卧式加工中心。此设备 刚性好,而且有两个可以交换的工作台。工作台行程为1600×1200×1450,能够实现一边加工一边准 备,提高工作效率。机床A角能够在+90/一90度范围内摆角,B角在360度内摆角。此机床具有很好的冷却设备,能够快速及时将切屑排走,可以有效延长刀具的使用寿命。

(2)加工流程的确立

采用五坐标立式机床加工部位A及其所在平 面外形,钻基准孔,作为后续卧式加工的基准。加工此部位,不需夹具,可直接放在床面上加工。 在卧式机床加工流程:如图2所示部位D、E,在零件底面留5mm工艺余量,以保证零件后续加工时装夹刚性;加工部位B,将此部位槽内形及耳片型面完全加工到位;加工部位c,粗精铣大小耳片及槽口;最后再补铣两端头工艺余量。所有加工部位均 以表面A定位,而且仅用一套夹具,通过工作台的旋转,完成各部分的加工。数控完全加工到位,无常规补加工,高度实现数字化加工。图3为零件在卧式机床加工状态。

4 加工程序的编制

(1)提高工艺系统的刚性

编程时充分考虑加工时零件的装夹位置,安排加工顺序时,合理安排压板位置,从而有力地提高零件工艺系统刚性。

(2)零件两端头程序的编制

零件端头深度为90mm,转角为R8。编端头程序时,根据机床及工艺系统刚性,确定5mm一层,进行分层加工。程序设定转角降速50% ,用同一规格刀具进行粗精加工,最后用 φ 16R4铣刀补铣转角。

(3)零件深槽程序的编制

编深槽程序时,将刀具分三个系列,先用 φ 30R4 下刀深为50mm铣刀加工上半部分,再用 φ 30R4下刀深为100mm加工中间部分,最后用 φ3oR4下刀深为160mm加工底部。侧面用 φ 30R4铣刀加工到位,仅用 φ 20R4铣刀补铣转角。编制加工耳片型面程序时,通过改变刀轴方向, 实现应用最短刀具加 工。(所用刀具见表1)

(4)零件耳片及槽口程序的编制

编制小耳片及槽口程序时,由于槽宽为12,因 此用西10R2铣刀分层从中间粗铣,两侧各留1 mm 余量,且粗精铣分开。精铣时,单侧加工有助于保证 耳片厚度及槽口宽度。加工程序中心轨迹按照零件公差带的中值编制,考虑到槽口公差为一0.2,程序中轮廓线按单侧—0.05mm偏置编制。这样加工出的零件合格率得到极大提高。

(5)加工中使用的切削参数

此零件最大的难点为槽深,结构不规则,转角小。因此选择刀具分几个系列,先用短刀加工零件上半部分,再用长刀加工槽深的部分。选择φ30R4 的进口刀具粗精加工零件内形,将刀具长度分为如表1所示几个系列。

铣切加工中经常使用的参数如下:

N一铣刀转数(r/min)

Fz 一每齿进给量(mm/z)

Vf— 进给速度(mm/min)

Z一铣刀齿数

A e一切削宽度(mm)

Ap 一切削深度(mm)

这些参数中相互关系为:Vf = Fz  X N x z;Q= A e × Ap  XVf

(6)加工程序的检验

VERICUT拥有强大的功能,操作方便,与实际加工效果相仿被广泛应用到飞机零件加工领域。通过VERICUT6.2版本仿真软件,可以检查数控程序是否正确,检查切削余量,检查是否有撞刀以及是否与机床干涉及检查加工残留情况。如图4所示为 VERICUT6.2仿真后效果。

5 结语

通过加工方案的对比分析与实际加工的效果来看,卧式机床一次装夹就可以完成多个部位的加工, 省去了多次装夹的辅助时间,同时也消除了零件因多次装夹带来的定位误差。这样既缩短了产品的加工周期又保证了零件的质量,对以后此类产品的加工积累了宝贵的经验。

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