不銹鋼送料軌道數控銑削加工方法探討

姚全紅

（廣東省乳源瑤族自治縣中等職業技術學校，廣東乳源 512700）

0 引言

在小型高速非標裝配設備中，尺寸較小的裝配產品輸送通常采用弧形送料軌道，本文討論的加工對象是異形噴霧閥門組裝機附帶的閥室送料軌道，其材質為奧氏體不銹鋼304，要求軌道內外表面光滑，結構尺寸穩定，保證產品輸送能快速移動。在沒有引入數控銑床加工前，采用多個零件組合的方式來制造，即分別用線切割割出上下各部分，再焊接拼成一個整體軌道，這種方式加工的軌道很容易變形。現決定使用數控銑床加工該軌道，從而保證軌道的技術要求。

1 零件外形特點和工藝要求

由于該軌道的溝槽結構左右對稱，故以其中一側軌道的加工為例說明，如圖1所示，單側軌道由兩截直線段和一截圓弧段構成，6個螺絲沉孔與另一側軌道的六個螺絲孔配對。兩個φ6的銷孔與另一側軌道的兩個φ6銷孔配合，在兩側軌道裝配時起定位作用。由于要求送料順暢，對溝槽尺寸有一定精度要求，內部溝槽的表面粗糙度均要求Ra0.8。其中基本尺寸寬3.3mm，深13mm的溝槽由于尺寸較小，表面粗糙度要求較高，相對其它臺階也較難加工。零件整體要求內外表面光潔無毛刺，其余表面粗糙度Ra3.2，未注公差按IT13。

圖1 零件外形尺寸Fig.1 Shape and size of parts

2 零件加工難點分析

零件材質為奧氏體不銹鋼304，該類型不銹鋼具有良好的耐蝕性、耐熱性等機械性能，廣泛應用于高強度和高抗蝕性的工業結構件。奧氏體不銹鋼的機械加工性能相對于45#鋼來說較差，在切削加工時，塑性和韌性大，切屑不易折斷，易黏結而產生粘附現象，容易形成加工硬化層，從而加劇刀具的磨損。

如圖2所示，該零件內部的三個溝槽深度分別4.5mm、6.5mm、13mm，深度較淺的溝槽切削量較大，連續切削時間較長，發熱量大，零件整體較細長，若不能進行良好的散熱，在材料較薄處的底面容易出現中間拱起的受熱變形，嚴重影響零件的使用。而深度為13mm，寬度為3.3mm的窄槽使用的刀具較小，在切削參數設置不合理導致切削力較大的情況下很容易發生斷刀，該窄槽表面還有一定的粗造度要求，需要設置合理的轉速、下刀深度、進給參數來保證。同時也需兼顧零件整體的加工效率，以便用最少的時間實現最好的加工效果。因此在零件的預處理、裝夾方式及編制刀具路徑時，選擇合適的刀具，編制簡捷有效的走刀路線，避免提刀、空刀和刀具路徑的重復，最后根據零件的特征選擇合理的走刀方式。

圖2 零件截面外形尺寸Fig.2 section size of part

3 加工思路和刀具選擇

由于軌道是不銹鋼304材質，而且有較深的小溝槽特征，需要使用較小直徑的銑刀，為避免出現小刀具承受大切削力的現象，所以基本的加工思路是小切深，高進給，選用專門加工不銹鋼的涂層刀具；同時改進冷卻方式，加裝帶磁座的切削噴霧器，使用噴霧冷卻的方式，霧化的質點顆粒在切削區的高溫作用下汽化，吸收大量的切削熱；細小的霧滴滲透到切削接觸區，改善了切削液的滲透性，降低摩擦熱，潤滑良好，散熱充分。

4 加工工藝流程

該軌道若是先線切割外形再銑削內部溝槽，則既難以裝夾又容易發生變形，也不能保證精度。根據該軌道外形輪廓，初定加工方法為：將長方形毛坯在普通銑床上對軌道的直線和圓弧部分進行開粗銑削，并留出足夠余量給數銑加工；再以長方形原材料一面作為為軌道底面裝夾，銑削上表面，保證零件厚度基本尺寸為16mm。接著依次銑削深度為4.5mm的臺階和深度6.5mm的臺階，再銑削深度為13mm的臺階，并鉆好螺絲沉孔和鉸削銷孔，最后拆下零件，用快走絲線割外形。這樣，零件主要溝槽的銑削加工和孔的加工均在同一次裝夾后銑削完成，既保證了溝槽的精度、光潔度、及與銷孔的相對位置，又將零件因加工引起的變形減到了最小。由于零件無任何復雜的3D造型曲面和斜壁結構，因此全部的粗精加工刀路均采用Mastercam X3的外形銑削刀路。

（1）軌道上表面的加工。刀具選擇：根據工件的材質和待加工形狀，決定選用￠20mm的不銹鋼專用涂層銑刀進行表面開粗。選用螺旋式下刀，避免刀具沿軸向插入工件，使刀具損毀或縮短壽命。

刀路制定及切削參數：切削參數的選擇對加工質量、加工效率及刀具耐用度有著很大的影響，切削參數主要有主軸轉速、進給速率、刀具切入時的進給速率、步距寬度及切削深度等。具體方法為：銑削零件的上表面，銑出一塊比軌道表面略大的空間，銑削總深度2mm。選用外形銑削方式，順銑加工，XY向和Z向均分層銑削，設置刀具轉速2000r/min，Z向每次下刀0.15mm，進給3000mm/min，XY方向不留加工余量，Z方向預留0.2mm，為精加工做準備。粗加工完成后，對上表面進行外形銑削精加工，設置刀具轉速2500r/min，進給2500mm/min，Z向每次下刀0.1mm，完成零件上表面加工。

（2）軌道零件內4.5mm和深6.5mm溝槽的加工。刀具選擇：為了盡可能避免由于更換刀具引起的偏差，同時盡可能選擇大直徑刀具。根據零件溝槽的形狀特征，決定選用￠14的平底銑刀對深4.5mm和6.5mm的臺階進行開粗，接著換用￠14的精加工刀具進行精加工。對于深度為13mm，寬3.3mm的窄槽，選用￠3mm的平底銑刀開粗，再換用￠3mm的精加工刀具進行精加工。

刀路制定：粗加工深6.5mm的臺階時，選用外形銑削方式，順銑加工，XY向和Z向分層銑削，設置刀具轉速2000r/min，同時為盡可能減小刀具受力和降低切削熱，設置Z向每次進刀量為0.15mm。XY向預留加工余量0.3mm，Z方向預留加工余量0.3mm，為下一步精加工做準備。精加工時，設定XY方向和Z向分層銑削，設定XY向和Z向分層銑削每次下刀量均為0.1mm。加工6.5mm深的臺階步驟與4.5mm的相同，只需設置的不同具體參數。加工深3.3mm的臺階時粗加工轉速設定為3000r/min，進給2000mm/min，設置Z向每次進刀量為0.1mm。精加工轉速設定為 3500r/min，進給 1500mm/min，設置 XY向和Z向每次進刀量為0.08mm，完成全部臺階的銑削加工。

（3）孔的加工。該零件中的孔有6組￠11、￠6.5的螺絲沉孔，以及兩個￠6的定位銷孔。對于螺絲沉孔，使用鉆中心孔→鉆孔→擴孔的方案，先用中心鉆鉆孔，再用￠6.5mm的鉆頭鉆通孔，最后用￠11mm的鉆頭擴孔完成，鉆孔刀路選用深孔啄鉆，這種加工方式可以更改排屑時刀具回退的高度，且排屑容易。對于兩個￠6的銷孔，使用鉆中心孔→鉆孔→鉸刀擴孔的方案。即先用中心鉆鉆孔，再用￠5.9mm的鉆頭鉆通孔，最后用￠6的鉸刀擴孔完成。

（4）軌道外形的加工。銑削和鉆孔全部完成后，將軌道裝夾到快走絲機床上，以加工好的軌道內側和毛坯外側為基準，線割出軌道外形。

（5）加工中出現的問題和解決方案。該軌道零件改成數銑加工后，溝槽的尺寸精度較穩定。但也出現了問題，即深度3.3mm的窄槽，由于該槽是作為工件滑動的支承面，表面粗糙度要求為Ra0.8，但數銑銑削加工后的表面卻較為粗糙，遠遠達不到使用要求，此時再對已加工的窄槽進行手工拋磨也很困難。通過分析刀路及加工參數，反復試驗后發現是該槽在精加工時，由于使用直徑3mm的銑刀，銑刀直徑較小，在Z向每次進刀量設置過大的情況下便會引起銑刀的震動。由于進給較快，使得銑刀沒有對窄槽側面進行充分的精加工銑削，從而表面粗糙度達不到要求。因此在精加工時將Z向每次下刀量降低為0.05mm，進給降低為1200mm/min后，軌道窄槽表面的光潔度便達到了使用的要求。

該304不銹鋼軌道在改進加工工藝后，加工出的零件沒有發生超出尺寸要求的變形，刀具磨損也小，零件的表面粗糙度有了大幅度提高，達到了預期的使用要求。

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