加工刀紋

產(chǎn)品和機床

有著人造板機械行業(yè)技能“珠峰”美譽的連續(xù)壓機的重要零件熱壓板，其韌硬資料耐熱合金鋼硬度要求400HB以上；具有7 000mm×2 650mm（長×寬）的大平面標(biāo)準(zhǔn)和橫向平面度0.015mm/全長一級平板、縱向平面度0.1mm/全長三級平板、厚度公役±0.03mm、表面粗糙度值Ra＝0.8μｍ以下的要求。因而成為規(guī)劃中的重中之重，工藝中的難中之難。如圖１所示。              

加工重任落在了“精密、大型、數(shù)控”機床之一沈陽機床12m數(shù)控龍門銑床上，啟用二年的技改項目12m數(shù)控龍門銑床已過磨合期進入精度”平板特點的熱壓板是對機床精度的一次實例查驗，但即便在試切加工之初，問題就頻出，加工后的平面有正紋、網(wǎng)紋、反紋、接刀和橢圓內(nèi)凹等表面質(zhì)量差、平面度精度不合格等現(xiàn)象，所以課題攻關(guān)在所難免。

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機床精度成因

12m數(shù)控龍門銑床精度由4根軸（即線軌X、橫梁Y、滑枕Z和主軸S）及互相間的幾何公役構(gòu)成。

（1）機床的XY平面由兩根直線導(dǎo)軌組成，因為能夠選用的水平儀和準(zhǔn)直儀并根底可調(diào)，其XY平面的水平度和X軸的直線度是可調(diào)整項，依托調(diào)整能夠確保達到較高的精度，一起它也是其他平面和軸的基準(zhǔn)，為重要。是熱壓板縱向平面度0.1mm的確保。

（2）機床的橫梁Y軸，一是要求與XY平面平行，因為橫梁自重下?lián)虾皖A(yù)留磨損，Y軸被規(guī)劃成單波中高，所以這項精度是不行調(diào)整項，依托Y軸的中高操控和立柱的等高加工確保平行，是熱壓板橫向平面度0.015mm和厚度±0.03mm的確保；二是與X軸的筆直，此項是可調(diào)整項，經(jīng)過調(diào)整來確保精度。

（3）機床的滑枕Z軸，有著與XY平面雙向筆直的要求，即Z軸在XZ平面內(nèi)與XY平面的筆直度，此項為不行調(diào)整項，依托加工確保精度，Z軸在YZ軸平面內(nèi)與XY平面的筆直度是可調(diào)整項，依托調(diào)整來確保精度。

（4）機床的主軸S軸，也有著與Z軸雙向平行的要求，即S軸在XZ平面與Z軸平行，S軸在YZ平面內(nèi)與Z軸平行，此兩項為不行調(diào)整項，有必要依托加工確保。

從以上剖析可出看出：①工件容易實現(xiàn)精度的定位是XY平面和X軸，也是機床悉數(shù)精度的基準(zhǔn)。②因為不行調(diào)整項依托機床制造進程加工確保，所以機床是否的要點是對不行調(diào)整項精度的進程檢測和鏟刮研修，杜絕終究插補修整的貓膩。③要點操控Y軸微量（＜0.02mm）中高單波型線。④在S軸和Z軸的調(diào)整次序上，單從大面加工和接刀來說，在調(diào)整與XY平面的雙向筆直度時以S軸為優(yōu)先。⑤充沛依托可調(diào)整項的可調(diào)整，經(jīng)過檢測和觀察加工刀紋，彌補進步機床精度。

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從刀紋窺破機床精度

因為機床的在時效中不知不覺失掉，在熱壓板加工之初，在大平面構(gòu)成了一些較為典型的刀紋和接刀亂象，經(jīng)過觀察從中能夠剖析機床精度問題和成因。如圖2所示。

（1）正紋。由刀盤正傾引起，正紋加工的長處是刀紋一致漂亮、后不拖刀單次切削、刀具磨損少，缺陷是因為刀盤歪斜，刀路中心構(gòu)成橢圓內(nèi)凹。

（2）反紋。由刀盤負傾引起，反紋加工的缺陷是后拖刀兩次切削、刀具磨損大，同樣因為刀盤歪斜，刀路中心構(gòu)成橢圓內(nèi)凹。

（3）網(wǎng)紋。由刀盤傾角為0時引起，是真實的平面加工，但缺陷是網(wǎng)紋較亂不漂亮，也有拖刀磨損。

（4）接刀。在粗加工時能夠是切削反彈、熱變形等要素引起，但在精加工時一定也有刀盤的歪斜原因，構(gòu)成臺階型接刀，嚴(yán)重時破壞了平面度、表面粗糙度和漂亮度。而刀盤歪斜實際上是由S軸與XY平面雙向筆直度引起，那么是哪些終究要素導(dǎo)致的呢？而如何只構(gòu)成有利的正紋減磨、微接刀和小凹面，是咱們觀察和剖析刀紋后要揣度和解決進步機床精度問題的所在。

從圖2能夠看出刀紋從正紋、網(wǎng)紋及反紋的改變，其實暗示出Y軸的爬高落低的曲折走向，在對Y軸的準(zhǔn)直丈量中發(fā)現(xiàn)如圖的折線改變，硬質(zhì)合金刀具規(guī)格，Y軸直線差錯并不大于0.03mm，但其折線特征使刀盤歪斜卻是刀紋構(gòu)成亂紋的原因，因為Y軸的直線度是不行調(diào)整項，有必要經(jīng)過機械批改，一起可微量加大刀盤在YZ平面內(nèi)的正傾角，確保全長構(gòu)成的正刀紋。

從圖3咱們能夠看出接刀痕是臺階型，其實暗示由刀盤歪斜即S軸在XZ平面內(nèi)與XY平面不筆直引起的，在甩表丈量中也證實了此項差錯的存在，而刀盤越大，臺階越大。因為此項精度也是死項，有必要經(jīng)過機械批改，因為無法悉數(shù)消滅筆直度差錯，微量加大刀盤在YZ平面內(nèi)的正傾角，一是構(gòu)成一個方向的正紋；二是構(gòu)成相鄰兩內(nèi)凹橢圓，確保為微量相交型手感光滑的接刀，也能夠看出，如果相鄰刀路重合越多，接刀高度就越小，在1/2重合時蕞小。

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效果和定論

（1）一個合格的技師應(yīng)該熟悉和掌握機床精度的成因和各軸的精度凹凸次序，并能在加工刀紋和接刀痕中判斷出影響機床精度的要素所在，經(jīng)過反饋保護機床至狀態(tài)，作出習(xí)慣機床精度的定位和走刀方向挑選，進步產(chǎn)品加工質(zhì)量。

（2）在熱壓板大平面加工的實例中，首先要檢測和操控Y軸直線度和曲線類型，確保其中高不大于0.02mm的單波弧線，硬質(zhì)合金刀具參數(shù)，確保主軸S在XZ平面內(nèi)與XY平面的筆直度在0.008mm之內(nèi)，并適當(dāng)調(diào)整主軸S在YZ平面內(nèi)與XY平面的筆直度，有意使其微量正傾，鎮(zhèn)江硬質(zhì)合金刀具，結(jié)合鎖定Z軸、Y軸向進刀單向、相鄰刀路重合足夠大等辦法，從而構(gòu)成質(zhì)量較高的正紋和微量相交型平滑接刀痕的XY平面加工。

（3）裝上角銑頭，首先留意其雙向筆直也是不行調(diào)整項。然后同樣能夠推理在XZ和YZ平面加工中機床精度與刀紋和接刀的關(guān)系，舉一反三，快速找到問題和進步產(chǎn)品質(zhì)量的辦法。

（4）課題攻關(guān)的終究效果是經(jīng)過刀紋剖析，得到機床精度問題的斷定和修正，從而使得熱壓板的平面加工順暢達到規(guī)劃要求。

由于數(shù)控機床的主軸轉(zhuǎn)速及范圍遠遠高于普通機床，而且主軸輸出功率較大，因此與傳統(tǒng)加工方法相比，對數(shù)控加工刀具的提出了更高的要求，包括精度高、強度大、剛性好、耐用度高，而且要求尺寸穩(wěn)定，安裝調(diào)整方便。這就要求刀具的結(jié)構(gòu)合理、幾何參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。數(shù)控刀具是提高加工效率的先決條件之一，它的選用取決于被加工零件的幾何形狀、材料狀態(tài)、夾具和機床選用刀具的剛性。

數(shù)控機床選擇刀具應(yīng)考慮以下方面：

(1)根據(jù)零件材料的切削性能選擇刀具。如車或銑高強度鋼、鈦合金、不銹鋼零件，建議選擇耐磨性較好的可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀具。

(2)根據(jù)零件的加工階段選擇刀具。即粗加工階段以去除余量為主，應(yīng)選擇剛性較好、精度較低的刀具，半精加工、精加工階段以保證零件的加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量為主，應(yīng)選擇耐用度高、精度較高的刀具，粗加工階段所用刀具的精度、而精加工階段所用刀具的精度。如果粗、精加工選擇相同的刀具，建議粗加工時選用精加工淘汰下來的刀具，因為精加工淘汰的刀具磨損情況大多為刃部輕微磨損，涂層磨損修光，繼續(xù)使用會影響精加工的加工質(zhì)量，但對粗加工的影響較小。

(3)根據(jù)加工區(qū)域的特點選擇刀具和幾何參數(shù)。在零件結(jié)構(gòu)允許的情況下應(yīng)選用大直徑、長徑比值小的刀具;切削薄壁、超薄壁零件的過中心銑刀端刃應(yīng)有足夠的向心角，以減少刀具和切削部位的切削力。加工鋁、銅等較軟材料零件時應(yīng)選擇前角稍大一些的立銑刀，齒數(shù)也不要超過4齒。

選取刀具時，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸相適應(yīng)。生產(chǎn)中，平面零件周邊輪廓的加工，常采用立銑刀;銑削平面時，應(yīng)選硬質(zhì)合金刀片銑刀;加工凸臺、凹槽時，選高速鋼立銑刀;加工毛坯表面或粗加工孔時，可選取鑲硬質(zhì)合金刀片的玉米銑刀;對一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工，常采用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀。

在進行自由曲面加工時，由于球頭刀具的端部切削速度為零，因此，為保證加工精度，切削行距一般很小，故球頭銑刀適用于曲面的精加工。而端銑刀無論是在表面加工質(zhì)量上還是在加工效率上都遠遠優(yōu)于球頭銑刀，因此，在確保零件加工不過切的前提下，粗加工和半精加工曲面時，盡量選擇端銑刀。另外，刀具的耐用度和精度與刀具價格關(guān)系極大，必須引起注意的是，在大多數(shù)情況下，選擇好的刀具雖然增加了刀具成本，但由此帶來的加工質(zhì)量和加工效率的提高，則可以使整個加工成本大大降低。

在加工中心上，所有刀具全都預(yù)先裝在刀庫里，通過數(shù)控程序的選刀和換刀指令進行相應(yīng)的換刀動作。必須選用適合機床刀具系統(tǒng)規(guī)格的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)刀柄，以便數(shù)控加工用刀具能夠迅速、準(zhǔn)確地安裝到機床主軸上或返回刀庫。編程人員應(yīng)能夠了解機床所用刀柄的結(jié)構(gòu)尺寸、調(diào)整方法以及調(diào)整范圍等方面的內(nèi)容，以保證在編程時確定刀具的徑向和軸向尺寸，合理安排刀具的排列順序。

活塞環(huán)主要分為氣環(huán)和油環(huán)兩種。

活塞環(huán)的作用

氣環(huán)的作用是保證氣缸與活塞間的密封性，防止漏氣，硬質(zhì)合金刀具優(yōu)點，并且要把活塞頂部吸收的大部分熱量傳給氣缸壁，由冷卻水帶走；油環(huán)起布油和刮油的作用，下行時刮除氣缸壁上多余的機油，上行時在氣缸壁上鋪涂一層均勻的油膜。這樣既可以防止機油竄入氣缸中燃燒掉，又可以減少活塞與氣缸壁的摩擦阻力。此外，油環(huán)還能起到輔助封氣的作用。

活塞環(huán)的工作條件及性能要求

活塞環(huán)工作時受到氣缸中高溫、高壓燃氣的作用，溫度較高（尤其是，溫度可達600K）?；钊h(huán)在氣缸內(nèi)做高速運動，加上高溫下部分機油出現(xiàn)變質(zhì)，使活塞環(huán)的潤滑條件變差，難以保證液體潤滑，磨損嚴(yán)重。因此，要求活塞環(huán)彈性好，強度高、耐磨損。

活塞環(huán)的間隙

活塞環(huán)會在發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中與高溫氣體接觸發(fā)生熱膨脹現(xiàn)象，而周期性的往復(fù)運動又使其出現(xiàn)徑向脹縮變形。因此，為了保證正常的工作，活塞環(huán)在氣缸內(nèi)應(yīng)該具有以下間隙。

d—活塞環(huán)內(nèi)徑；B—活塞環(huán)寬度

■ 端隙又稱開口間隙，是指活塞環(huán)在冷態(tài)下裝入氣缸后，該環(huán)在上止點時，環(huán)的兩端頭之間的間隙。一般為0.25~0.50mm。

■ 側(cè)隙又稱邊隙，是指活塞環(huán)裝入活塞后，其側(cè)面與活塞環(huán)槽之間的間隙。第道環(huán)因為工作溫度高，間隙較大，一般為0.04~0.10mm；其他環(huán)一般為0.03~0.07mm。油環(huán)側(cè)隙比氣環(huán)小。

■ 背隙是指活塞環(huán)裝入氣缸后，活塞環(huán)內(nèi)圓柱面與活塞環(huán)槽底部間的間隙，一般為0.50~1.00mm。油環(huán)背隙較氣環(huán)大，有利于增大存油間隙，便于減壓泄油。

活塞環(huán)的泵油作用

由于側(cè)隙和背隙的存在，當(dāng)發(fā)動機工作時，活塞環(huán)便產(chǎn)生了泵油作用。其原因是，活塞下行時，活塞環(huán)靠在環(huán)槽的上方，活塞環(huán)從缸壁上刮下來的機油充入環(huán)槽下方；當(dāng)活塞上行時，活塞環(huán)又靠在環(huán)槽的下方，同時將機油擠壓到環(huán)槽上方。如此反復(fù)運動，就將缸壁上的機油泵入燃燒室。由于活塞環(huán)的泵油作用，使機油竄入燃燒室，會使燃燒室內(nèi)形成積炭和增加機油消耗，并且還可能在環(huán)槽（尤其是第道氣環(huán)槽）中形成積炭，使環(huán)卡死，失去密封作用，甚至折斷活塞環(huán)。

氣  環(huán)

■  氣環(huán)的密封機理

活塞環(huán)有一個切口，且在自由狀態(tài)下不是圓環(huán)形，其外形尺寸比氣缸的內(nèi)徑大些，因此，它隨活塞一起裝入氣缸后，便產(chǎn)生彈力而緊貼在氣缸壁上。

活塞環(huán)在燃氣壓力作用下，壓緊在環(huán)槽的下端面上，于是燃氣便繞流到環(huán)的背面，并發(fā)生膨脹，其壓力下降。同時，燃氣壓力對環(huán)背的作用力使活塞環(huán)更緊地貼在氣缸壁上。壓力已有所降低的燃氣，從第道氣環(huán)的切口漏到第二道氣環(huán)的上平面時，又把這道氣環(huán)壓貼在第二環(huán)槽的下端面上，于是，燃氣又繞流到這個環(huán)的背面，再發(fā)生膨脹，其壓力又進一步降低。

如此繼續(xù)進行下去，從后一道氣環(huán)漏出來的燃氣，其壓力和流速已經(jīng)大大減小，因而泄漏的燃氣量也就很少了。因此，為數(shù)很少的幾道切口相互錯開的氣環(huán)所構(gòu)成的“迷宮式”封氣裝置，就足以對氣缸中的高壓燃氣進行有效的密封。

氣環(huán)的斷面形狀及各環(huán)間隙處的氣體壓力

■  氣環(huán)的切口

氣缸內(nèi)的燃氣漏入曲軸箱的主要通路是活塞環(huán)的切口，因此，切口的形狀和裝入氣缸后的間隙大小對于漏入曲軸箱的燃氣量有一定的影響，切口間隙過大，則漏氣嚴(yán)重，使發(fā)動機功率減小；間隙過小，活塞環(huán)受熱膨脹后就有可能卡死或折斷。切口間隙值一般為0.25~0.8mm。第道氣環(huán)的溫度，因而其切口間隙值。

氣環(huán)的切口形狀

直角形切口工藝性好；階梯形切口的密封性好，但工藝性較差；斜口形切口，斜角一般為30°或45°，其密封作用和工藝性均介于前兩種之間，但其銳角部位在套裝入活塞時容易折損；圖中(d)為二沖程發(fā)動機活塞環(huán)的帶防轉(zhuǎn)銷釘槽的切口，壓配在活塞環(huán)槽中的銷釘，是用來防止活塞環(huán)在工作中繞活塞中心線轉(zhuǎn)動的。

■   氣環(huán)斷面形狀

氣環(huán)的斷面形狀

■ 矩形環(huán)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、散熱性好、廢品率低；缺點主要是有泵油作用，容易造成機油消耗量過大并有可能形成燃燒室積炭。另外，矩形環(huán)的刮油性、磨合性及密封性較差，現(xiàn)代汽車基本不采用。

■ 錐面環(huán)的優(yōu)點是與氣缸壁的接觸為線接觸，密封和磨合性能較好，刮油作用明顯，容易形成油膜以改善潤滑；缺點是傳熱性能較差。錐面環(huán)主要應(yīng)用在除第道環(huán)外的其他環(huán)。

■ 扭曲環(huán)是當(dāng)代汽車發(fā)動機廣泛應(yīng)用的一種活塞環(huán)，主要是因為扭曲環(huán)除具有錐面環(huán)的優(yōu)點之外，還能減小泵油作用，減輕磨損、提高散熱性能。安裝扭曲環(huán)時應(yīng)特別注意：內(nèi)圓切槽向上，外圓切槽向下，不能裝反。

■ 梯形環(huán)的主要優(yōu)點是能把沉積在環(huán)槽中的結(jié)焦擠出，從而避免了活塞環(huán)被黏結(jié)而出現(xiàn)折斷，同時其密封性能優(yōu)越，使用壽命長；缺點主要是上下兩端面的精磨工藝較復(fù)雜。梯形環(huán)在熱負荷較大的柴油發(fā)動機上使用較多。

■ 桶面環(huán)的優(yōu)點是活塞的上下行程都可以形成楔形油膜以改善潤滑，對活塞在氣缸內(nèi)擺動的適應(yīng)性好，接觸面積小，有利于密封；缺點是凸圓弧面加工困難，多用于強化柴油發(fā)動機的第道環(huán)。

油  環(huán)

油環(huán)分為普通油環(huán)和組合油環(huán)兩種。

普通油環(huán)是用合金鑄鐵制造的。其外圓面的中間切有一道凹槽，在凹槽底部加工出很多穿通的排油小孔或狹縫。油環(huán)上唇的上端面外緣一般均有倒角，可以使油環(huán)向上運動時能夠形成油楔。機油可以把油環(huán)推離氣缸壁，從而易于進入油環(huán)的切槽內(nèi)。下唇的下端面外緣不倒角，這樣向下刮油能力較強。鼻式油環(huán)和雙鼻式油環(huán)的刮油能力更強，但加工較困難。

油環(huán)及其刮油作用

油環(huán)的斷面形狀

對于由三個刮油鋼片和兩個彈性襯環(huán)組成的組合式油環(huán)，軸向襯環(huán)夾裝在第二、第三刮油片之間，徑向襯環(huán)使三個刮油片壓緊在氣缸壁上。這種油環(huán)的優(yōu)點是，片環(huán)薄，對氣缸壁的比壓（單位面積上的壓力）大，因而刮油作用強；三個刮油片是各自獨立的，故對氣缸的適應(yīng)性好；重量輕；回油通路大。因此，組合油環(huán)在高速發(fā)動機上得到較廣的應(yīng)用。其缺點是制造成本高（片環(huán)的外表面必須鍍鉻，否則滑動性不好）。

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