挖掘機動臂鏜孔參數優化過程

■ 山重建機有限公司 （山東臨沂 276034） 劉啟鋒 張 洋

動臂加工過程中，機動時間是占加工成本最高的部分，決定機動時間的主要參數是金屬去除率。由金屬去除率公式Q=vcapfn得知，切削深度ap、切削速度vc、切削進給率fn三個因素決定機動時間。動臂加工一般是鏜孔工序最多，鏜孔的單邊余量留4mm，一般鏜孔需要粗鏜、半精鏜、精鏜三個工序。在切削深度ap已是定值的前提下，主要從切削速度vc、切削進給率fn方面進行改善（見圖1）。

在加工中心、工裝和刀具已經優化的前提下，主要優化刀具的刀片。因加工精度和剛性的要求，刀片采用了山特維克可樂滿的三角形刀片。動臂的加工材質是35號鋼（鍛造調質），這些鋼件具有良好的切削加工性，但其工藝性能因材料的碳含量、合金元素、熱處理、制造工藝（鍛造、軋制、鑄造等）和硬度等因素影響不同有很大的區別，因此必須了解切削材料的性能，

圖1 切削參數圖示

3 5號鋼含碳量0.3 2%～0.40%，不會增加粘結磨損，從而不會導致積屑瘤和不良斷屑，易產生較長的切屑，需要鋒利的切削刃，因此選用刀片前角應該使用正前角刀片。調制后硬度220～280HBS，切屑控制較容易，并且已知切削深度4mm屬于中等加工，刀片選用半精加工刀片（見圖2）。其他元素含量較小，加工特性影響較小，屬于良好切削狀態。

選擇正確的刀片尺寸、刀片形狀和槽形以及刀尖半徑，對獲得良好的切屑控制而言是非常重要的：①選擇盡可能大的刀尖角，以獲得更高的強度和加工經濟性。②在滿足產品尺寸的要求下，選擇盡可能大的刀尖半徑，以獲得更高的刀片強度，一般尺寸要求R0.8mm。③如果存在導致振動的趨勢，則請選擇較小的刀尖半徑。

圖2 PM半精加工刀片

經過查詢切削參數，對其參數降低20%以后應用于實際加工，出現切屑控制不好、振動大、表面粗糙度不達標等一系列問題。針對出現的問題從如下幾個方面入手：

（1）切屑控制：長并且不易折斷的扭結切屑纏繞刀具或工件，這通常是由于低進給率、低和（或）淺的切削深度造成的（見圖3）。解決方法有：提高進給率；選擇一種更合適的斷屑槽形；使用帶有高壓力冷卻液的刀具；增大切削深度或選擇更合適的斷屑槽形；選擇更小的刀尖半徑；選擇盡可能大的主偏角（Kr= 90°）的刀桿。

圖3 長并且不易折斷的扭結切屑

太硬的斷屑通常使鐵屑非常短并粘在一起，硬斷屑通常導致刀具壽命降低或甚至因為切削刃上太高的切屑載荷而導致刀片斷裂（見圖4）。解決方法有：選擇設計用于更高進給率的槽形，優先選用單面刀片；降低進給率；選擇盡可能小的主偏角（Kr=45°～75°）的刀桿；選擇更大的刀尖半徑re>（2/3）ap。

（2）振動解決：高徑向切削力歸因于刀具配備或刀具安裝造成的振動或顫動擦痕（見圖5），特別是對于使用鏜桿的內圓加工。解決方法有：選擇盡可能大的主偏角（Kr= 90°）；選擇更小的刀尖半徑；選擇有薄涂層的材質或無涂層的材質；選擇更加耐磨的材質或降低線速度。

高切向切削力歸因于刀片槽形導致高切削力，太困難的斷屑導致高切削力，因小切削深度導致變化或太低的切削力，刀具定位不正確等。解決方法：選擇正前角刀片槽形；降低進給率或選擇用于更高進給率的槽形；稍微增大切削深度，以便進行刀片切削。

圖4 太硬的斷屑

圖5 高徑向切削力

（3）表面質量不滿足要求：表面目視且手感均“毛糙”，不滿足公差要求；鐵屑因撞擊零件而折斷，并在已完工表面上留下痕跡；切削刃上過渡的溝槽磨損導致毛糙的表面；太高的進給率結合太小的刀尖半徑加工出粗糙的表面。解決方法：選擇盡可能大的主偏角（Kr= 90°）；改變主偏角；減小切削深度；選擇有中性傾斜角的正前角刀具系統；選擇有更好抗氧化磨損能力的材質；降低切削速度；選擇 wiper（修光刃）刀片或更大的刀尖半徑；降低進給率。

運用上述一系列措施，并經過大量是現場驗證，得出了圖6及下表所示優化后的切削參數。

機動時間由原來的36min降低到23min，并減少了因排屑問題產生的刀具損壞和表面質量不合格，提高了切削穩定性，表面質量也得到了穩定。

圖 6

動臂各加工位置切削參數表

：

[1] 楊叔子.機械加工工藝師手冊（第二版）[M]. 北京：機械工業出版社，2010.