利用恒線速切削解決鋼鋁錐面連接體變形問題

■ 北方華安集團工業公司特種機加廠 （黑龍江齊齊哈爾 161006） 信連志

1. 問題的提出

在機械設計制造中，某些產品為減輕質量或提高性能達到設計性能與使用性能的要求，經常設計成幾種不同材質的材料復合在一起的方式。有些復合體零件可以根據材料性能選擇不同的刀具及切削參數，但有些復合體零件需要在一個圓弧曲面上連續加工，既要保證尺寸要求又要保證接縫處光滑，這在選擇刀具與切削參數上產生了一些困難。例如本文中需要在一條程序段中連續加工鋼鋁兩種不同材質的零件（見圖1），如何使加工刀具及參數與復合體零件相匹配，保證產品質量與生產效率，是我們一直追求的目標。

圖 1

2. 原因分析

鋼鋁復合體零件加工主要問題是兩種不同材質的切削刀具與參數不匹配，刀具的區別如圖2、圖3所示。

可以看出，鋁質刀具較鋒利適合較高的切削轉速，鋼制刀具為保證耐用度切削刃較頓，鋼質材料的切削轉速在400r/min，鋁質材料一般為保證表面質量，切削轉速為700r/min。因為該產品需要在一條加工指令下完成鋼鋁復合體加工，如果選擇較高的切削轉速，鋼質刀具耐用度降低，甚至出現燒刀現象。

如果選擇較低的加工轉速，鋁質刀具出現表面拉毛現象，降低加工效率。該產品在一個程序段中進行圓弧加工，中途不能換刀，又因鋁質刀片無法加工鋼件，只能選擇鋼質刀片加工鋁質材料，加工時轉數過低，表面粗糙度達不到要求，且接縫處由于軟硬過渡時的沖擊，易在接縫處產生波紋棱角及尺寸變化，因此兩種材料在切削參數選擇上魚和熊掌不可兼得。

3. 解決方法與應用

圖 2

圖 3

針對以上原因研究切削力，對進一步弄清鋼鋁復合件切削機理，對計算功率消耗，對制定合理的切削用量，優化刀具幾何參數等，都具有非常重要的意義。實踐證明，切削力的影響因素很多，主要有工件材料、切削用量、刀具幾何參數、刀具材料刀具磨損狀態和切削液等，克服被加工材料對彈性變形的抗力，克服被加工材料對塑性變形的抗力，克服切屑對前刀面的摩擦力和刀具后刀面對過渡表面與已加工表面之間的摩擦力。經計算，ML40Cr切削參數為450～500 r/min、300～350mm/min，鋁的切削參數為600～800r/min、200～260mm/min。

根據發那科系統特點結合實際情況，決定使用恒線速切削指令解決該問題，因為恒線速切削能隨著工件直徑的變化來改變切削參數。

該指令格式為：

G50_S_ 主軸最高速度限定

G96_S_ 主軸轉速為n=1000u/Πd

該產品為一頂一夾裝夾方式，裝夾比較牢固，因此G50設定最高轉速時，考慮到前部為鋁質材料，切削轉數限定為650 r/mim，高轉數可使鋁質材料切削輕快，當到達鋁質材料與鋼質材料接縫處時，由于外圓逐漸增大，轉速由650r/mim逐漸過度到400r/mim，剛好符合鋼質材料切削要求，并在此切削過程中切削速度為恒線速切削。當外圓整體加工完成時由G97取消恒線速切削指令，程序格式如下：

該程序在N80段時一條程序同時加工鋼鋁復合體零件時，產品表面粗糙度較好，刀具與原來相比有較大節省，并提高加工效率（見圖4、圖5）。

圖4 鋁質加工參數

圖5 鋼質加工參數

實際加工中鋁質材料時轉速為659r/min、324mm/min，鋼質材料時轉速為450r/min、228mm/min，在接縫處平穩過度，有效解決鋼鋁切削參數不兼容的問題以及接縫處波紋棱角問題。

4. 結語

使用恒線速指令加工鋼鋁復合體零件，目前在我廠批量生產中以廣泛應用，不僅提高了加工效率和產品質量，而且節省刀具使用，并很好的解決了鋼鋁復合體加工參數不匹配的問題。

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[1] 張益芳，等.金屬切削手冊[M].上海：上海科學技術出版社，2011.