一种凹面加工设计方法与流程

本发明涉及平面加工技术领域，具体为一种凹面加工设计方法。

背景技术：

机体是柴油机最关键的零件，其加工质量对整机的性能、可靠性是至关重要的；其中活塞冷却器安装平面的加工，关系到活塞冷却的效果，冷却不良会出现拉缸而导致活塞连杆、气缸套、甚至整只机体报废。六缸或12缸柴油机的活塞冷却器安装平面通常共有6处，加工前是毛坯面，每一个都为长74×宽48×深4-5的长方形凹面；加工面四周是气缸套的裙部以及主轴承座，限制了刀杆直径尺寸的加大；而被加工平面离开机体的起始平面悬臂长度达到437mm；原来的加工方法是：

使用第1把刀尖过中心φ30的铣刀，先垂直钻铣落刀孔，深4-5mm；

用第2把φ30的键铣刀，从落刀孔开始来回铣平面，按每次切削厚度0.5mm、进给量0.08mm/转、线速度47米/分，铣一周回到原点，共需要铣8刀，因为悬臂很长，加工振动大、刀具磨损快、精度及粗糙度不稳定，加工节拍长达149.6分钟；该工序成为整个生产线的最大瓶颈。

技术实现要素：

为了解决现有侧铣刀具因悬臂长导致刚性不足，刀具振动大，凹面加工精度差的问题，本发明提供了一种凹面加工设计方法，其能够解决刚性不足问题，减少刀具振动并提高加工精度。

其技术方案是这样的：一种凹面加工设计方法，其特征在于，其包括以下步骤：

（1）确定插铣和面铣方案；

（2）设计刀具，能够满足插铣和面铣要求；

（3）计算残留尖角，确定插铣次数；

（4）计算插铣切削参数；

（5）计算面铣切削参数；

（6）计算加工节拍并编程。

其进一步特征在于，步骤（2）中刀齿数为四个，铣刀通过加长接杆连接立式加工中心主轴，每个刀片与轴向的夹角为5°，刀具的直径为43mm；

步骤（3）中，在cad中画图计算，设定起点和终点的刀具位置，然后进行模拟分中插铣，得到5次插铣后残留尖角高度为0.148mm，可保证后续仅需1次面铣加工，确定1条边插铣5次为x方向的最终走刀数，上下2条边需要插铣的走刀数合计为5×2=10次，相邻2次插铣的刀具中心距为5.043mm，即刀具编程在x方向移动距离的坐标值；在y方向模拟插铣，1条边的最终走刀数为3次，左右2条边需要插铣的走刀数合计为3×2=6次；3次插铣后残留尖角高度为0.234mm，相邻2次插铣的刀具中心距为6.323，即是刀具编程在y方向移动距离的坐标值；最终确定的插铣次数在x、y方向总共为10+6=16次；

步骤（4）中，根据设计的刀具直径φ43、刀齿数4，确定插铣加工的线速度v=54m/min，计算出转速为n=400rpm，进给量f=40mm/min，每转进给量f=0.1mm/r，每齿进给量为0.025，切削深度5mm，起刀点距离3mm，走刀次数16次，预留给面铣的加工余量0.2mm；单次插铣节拍为12秒=0.2分；

步骤（5）中，确定面铣的线速度v=47m/min，进给量f=20mm/min，切削深度0.2mm；转速n=350rpm，每转进给量f=0.057mm/r，每齿进给量0.014mm，走刀1次；节拍为4.2分；

步骤（6）中，1个凹面需16次垂直插铣的节拍时间=16×0.2=3.2分，6个凹面的垂直插铣时间=6×3.2=19.2分，1个凹面1次面铣的节拍时间=1×4.2=4.2分，6个凹面的面铣时间=6×4.2=25.2分，总计6个凹面加工时间=19.2+25.2=44.4分；编程，x方向插铣5次×上下2边=10次；插铣间距x=5.043mm，y方向插铣3次×左右2边=6次，插铣间距y=6.323mm，z轴垂直插铣深0.2，面铣刀具绕凹面加工1周，走刀1次。

采用本发明后，垂直插铣刀具的受力是轴向，不存在刀具的刚性问题，避免了刀具刚性差所导致的振动问题，并通过计算残留尖角、插铣次数、插铣切削参数、面铣切削参数等确定加工节拍并编程，极大的提高了产品的加工精度。

附图说明

图1为待加工机体示意图；

图2为本发明刀具结构示意图；

图3为图2仰视图；

图4为残留尖角高度计算轨迹图。

具体实施方式

见图2至图4所示，一种凹面加工设计方法，其包括以下步骤：

（1）确定插铣和面铣方案

针对原侧铣加工刀具长悬臂刚性差、质量差、必须设定很小的切削厚度而多次加工的问题，本发明避开了长悬臂情况下侧铣的致命弱点，全新设计了垂直插铣的工艺、刀具、切削参数，同时计算了插铣残留尖角的高度对后续面铣的影响，通过优化插铣频次，分析出最佳插铣次数所对应的残留尖角高度；因为插铣时间极短，增加插铣次数对节拍影响很小；而垂直插铣刀具的受力是轴向，不存在刀具的刚性问题，避免了刀具刚性差所导致的振动问题；新的加工流程为：使用1把刀，多次插铣→面铣。

（2）设计刀具，能够满足插铣和面铣要求；

通过将喷油冷却器安装到机体凹面的尺寸模拟，确定刀具加工产生的圆角对喷油冷却器的安装不产生干涉的最佳刀具直径为φ43；

刀具通过加长接杆连接到立式加工中心主轴；刀具的设计具备垂直插铣和面铣的双重功能，因为凹面插铣排屑不良，刀具的端面需考虑足够的排屑空间；刀具的切削角度分别按端面插铣、面铣的功能设计；刀齿数为4个；

（3）计算残留尖角，确定插铣次数；

按照设计确定的刀具直径φ43，把需要加工的长方形凹面用铣刀直径进行切削模拟，确定需要垂直插铣的次数，尽可能减小垂直插铣残留的尖角高度，因为残留的尖角高度过大，在最后一刀面铣时，同样会因为刚性差而造成刀具振动、加快刀具磨损、影响精度及粗糙度；

在cad中画图计算，设定起点和终点的刀具位置，然后进行模拟分中插铣，得到3次插铣后残留尖角高度为0.6mm；而5次插铣后残留尖角高度为0.148mm，可保证后续仅需1次面铣加工；所以确定1条边插铣5次为x方向的最终走刀数；这样，上下2条边需要插铣的走刀数合计为5×2=10次；图中可通过标注得到相邻2次插铣的刀具中心距为5.043，也是刀具编程在x方向移动距离的坐标值；

同理，在y方向模拟插铣，1条边的最终走刀数为3次，左右2条边需要插铣的走刀数合计为3×2=6次；3次插铣后残留尖角高度为0.234mm，图中通过标注得到相邻2次插铣的刀具中心距为6.323；同样也是刀具编程在y方向移动距离的坐标值；

最终确定的插铣次数在x、y方向总共为10+6=16次；

（4）计算插铣切削参数

根据设计的刀具直径φ43、刀齿数4，机体材料为ht250+cu+cr，确定插铣加工的线速度v=54m/min，计算出转速为n=400rpm，进给量f=40mm/min，每转进给量f=0.1mm/r，每齿进给量为0.025，切削深度5mm，起刀点距离3mm，走刀次数16次，预留给面铣的加工余量0.2mm；单次插铣节拍为12秒=0.2分；

（5）计算面铣切削参数

确定面铣的线速度v=47m/min，进给量f=20mm/min，切削深度0.2mm；转速n=350rpm，每转进给量f=0.057mm/r，每齿进给量0.014mm，走刀1次；节拍为4.2分

（6）计算加工节拍并编程

由上述切削参数计算得到节拍：

1个凹面需16次垂直插铣的节拍时间=16×0.2=3.2分；

6个凹面的垂直插铣时间=6×3.2=19.2分

1个凹面1次面铣的节拍时间=1×4.2=4.2分；

6个凹面的面铣时间=6×4.2=25.2分；

总计6个凹面加工时间=19.2+25.2=44.4分；

编程：

x方向插铣5次×上下2边=10次；插铣间距x=5.043mm；

y方向插铣3次×左右2边=6次；插铣间距y=6.323mm；

合计垂直插铣16次；z轴垂直插铣深0.2；

面铣刀具绕凹面加工1周，走刀1次，主要是去除插铣残留的尖角及底面的接刀痕，以保证凹面质量和粗糙度要求；

通过以上本发明后，使加工6个凹面的节拍从原来的149.6分减少为44.5分，加工时间减少了105.5分，减少比例为70.3%；加工凹面的深度尺寸、粗糙度稳定达到图纸要求，刀具寿命也提高了50%以上。