鋁合金高效加工切削參數應用研究

摘 要：本文通過采集刀具與機床模態信號、進行模態分析、動力學仿真與優化技術，來獲得鋁合金高效切削參數。通過切削參數的實際應用，提高了加工效率，縮短加工周期，降低制造成本。

關鍵詞：高效加工；切削參數；動力學仿真

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.021

1 引言

在實際生產中鋁合金高效加工效率和優勢遠沒有發揮出來，合理的切削參數是提高數控機床應用技術水平和綜合效率最為直接的方法，數控加工過程仿真優化技術是獲取優化切削參數的最佳途徑，通過數控加工過程仿真優化技術確定高效加工切削參數，經過實際加工過程驗證，建立切削參數數據庫，對提高加工效率，縮短加工周期，降低制造成本有重要實際意義。

2 應用研究內容

本研究項目以數控機床動態特性信號采集系統、動力學特性分析系統、優化系統為平臺，數控加工切削參數包括軸向切削切深ap、徑向切削寬度ae、機床主軸轉數S、進給速度F等，結合實際生產情況，機床選擇C800U高速加工中心，刀具選擇φ8合金銑刀，銑刀齒數3，刀具圓角R0.2，有效懸長30mm；加工材料為鋁合金2A12 T4，徑向切削寬度分別為2mm、4mm、6mm和8mm，銑削方式為順銑，采用水冷。

2.1 動力學仿真

通過采集刀具與機床模態信號、進行模態分析、動力學仿真與優化技術，以確定機床-刀具系統在特定加工環境下的顫振穩定域。仿真結果的顫振穩定域圖如圖1所示。根據曲線可以確定非穩定切削區域與穩定切削區域，其中曲線下方為穩定切削區域，上方為非穩定切削區域，曲線周圍為穩定與顫振臨界狀態。

由此由圖1可看出，隨著切寬變化時，切削穩定的區域會變化，當切寬增大或減少，相應的切削穩定的區域會增大或減少；當切寬一定時，當主軸轉速取波峰上的最大值時，穩定的切深最大，這樣可以提高加工效率。

2.2 切削參數驗證

以顫振穩定域為基礎進行實驗驗證。根據如圖1所示，以刀具切削寬度8mm為例，根據顫振穩定域圖選擇切削參數進行驗證，這樣可以使優化所得到的參數符合實際生產需要。試切點選擇如圖2所示。

根據選取的試切參數和試切點進行試切，試切情況見表1。

由試切情況得出如下結論：A點在非穩定切削區域，發生嚴重顫振；C點、D點在顫振臨界狀態，切削過程不穩定，容易發生顫振；B點在穩定切削區域，切削穩定，切削效果好。

穩定域曲線是理想情況下的切削參數，特別的針對切削深度，在實際應用時，切削深度需根據理論深度作相應的調整；考慮到工件動態特性的影響，應對工件中弱剛性部分采集刀具與機床模態信號，進行機床—刀具系統的動力仿真，選擇切削參數時，要注意控制切削力，以防止零件變形。

現場加工切削參數與根據顫振穩定域圖所得切削參數數據對比如表2所示：

由以上表格中的數據可以看出，材料去除率提高了（29120-20000）/20000=45.6%。

3 實際應用

在實際高效加工中，以加工外殼零件（見圖3）為例，采用本研究項目研究方法，在實際驗證的基礎上，確定加工該零件刀具的切削參數，采用這些切削參數加工，高效加工的單件加工時間從6.5小時縮短為4.1個小時，提高效率37%，零件加工質量穩定。

4 結論

根據顫振穩定域的分析和實際加工驗證，通過調整切削深度、主軸轉速可以避免顫振的產生，獲得在不同條件下穩定切削狀態下的最佳切削參數。通過高效加工切削參數研究與應用，縮短了加工時間，提高了機床的利用率，達到降本增效的目標。

參考文獻：

[1]基于“X-CUT”數控切削參數優化系統的數控機床增效使能技術原理[M].北京：國防科技工業高效數控加工研究應用中心，2010.

作者簡介：鄧集松（1977-），男，湖南邵陽人，碩士，高級工程師，主要從事精密機械加工技術工作。