加工刀紋

產(chǎn)品和機(jī)床

有著人造板機(jī)械行業(yè)技能“珠峰”美譽(yù)的連續(xù)壓機(jī)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(zhǎng)×寬）的大平面標(biāo)準(zhǔn)和橫向平面度0.015mm/全長(zhǎng)一級(jí)平板、縱向平面度0.1mm/全長(zhǎng)三級(jí)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(jī)床之一沈陽(yáng)機(jī)床12m數(shù)控龍門銑床上，啟用二年的技改項(xiàng)目12m數(shù)控龍門銑床已過磨合期進(jìn)入精度”平板特點(diǎn)的熱壓板是對(duì)機(jī)床精度的一次實(shí)例查驗(yàn)，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(jī)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(jī)床的XY平面由兩根直線導(dǎo)軌組成，因?yàn)槟軌蜻x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(xiàng)，依托調(diào)整能夠確保達(dá)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(jī)床的橫梁Y軸，一是要求與XY平面平行，因?yàn)闄M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(xiàng)精度是不行調(diào)整項(xiàng)，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(xiàng)是可調(diào)整項(xiàng)，經(jīng)過調(diào)整來確保精度。

（3）機(jī)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(xiàng)為不行調(diào)整項(xiàng)，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(xiàng)，依托調(diào)整來確保精度。

（4）機(jī)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(xiàng)為不行調(diào)整項(xiàng)，有必要依托加工確保。

從以上剖析可出看出：①工件容易實(shí)現(xiàn)精度的定位是XY平面和X軸，也是機(jī)床悉數(shù)精度的基準(zhǔn)。②因?yàn)椴恍姓{(diào)整項(xiàng)依托機(jī)床制造進(jìn)程加工確保，所以機(jī)床是否的要點(diǎn)是對(duì)不行調(diào)整項(xiàng)精度的進(jìn)程檢測(cè)和鏟刮研修，杜絕終究插補(bǔ)修整的貓膩。③要點(diǎn)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(shí)以S軸為優(yōu)先。⑤充沛依托可調(diào)整項(xiàng)的可調(diào)整，經(jīng)過檢測(cè)和觀察加工刀紋，彌補(bǔ)進(jìn)步機(jī)床精度。

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從刀紋窺破機(jī)床精度

因?yàn)闄C(jī)床的在時(shí)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(jī)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(zhǎng)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?yàn)榈侗P歪斜，刀路中心構(gòu)成橢圓內(nèi)凹。

（2）反紋。由刀盤負(fù)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?yàn)榈侗P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(shí)引起，是真實(shí)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(shí)能夠是切削反彈、熱變形等要素引起，但在精加工時(shí)一定也有刀盤的歪斜原因，構(gòu)成臺(tái)階型接刀，嚴(yán)重時(shí)破壞了平面度、表面粗糙度和漂亮度。而刀盤歪斜實(shí)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(jìn)步機(jī)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(shí)暗示出Y軸的爬高落低的曲折走向，在對(duì)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(cuò)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?yàn)閅軸的直線度是不行調(diào)整項(xiàng)，有必要經(jīng)過機(jī)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(zhǎng)構(gòu)成的正刀紋。

從圖3咱們能夠看出接刀痕是臺(tái)階型，其實(shí)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(shí)了此項(xiàng)差錯(cuò)的存在，而刀盤越大，臺(tái)階越大。因?yàn)榇隧?xiàng)精度也是死項(xiàng)，有必要經(jīng)過機(jī)械批改，因?yàn)闊o法悉數(shù)消滅筆直度差錯(cuò)，微量加大刀盤在YZ平面內(nèi)的正傾角，一是構(gòu)成一個(gè)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(shí)蕞小。

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效果和定論

（1）一個(gè)合格的技師應(yīng)該熟悉和掌握機(jī)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(jī)床精度的要素所在，經(jīng)過反饋保護(hù)機(jī)床至狀態(tài)，作出習(xí)慣機(jī)床精度的定位和走刀方向挑選，進(jìn)步產(chǎn)品加工質(zhì)量。

（2）在熱壓板大平面加工的實(shí)例中，首先要檢測(cè)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(jìn)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(xiàng)。然后同樣能夠推理在XZ和YZ平面加工中機(jī)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(jìn)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(jī)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(dá)到規(guī)劃要求。

由于數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速及范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通機(jī)床，而且主軸輸出功率較大，因此與傳統(tǒng)加工方法相比，對(duì)數(shù)控加工刀具的提出了更高的要求，包括精度高、強(qiáng)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(jī)床選用刀具的剛性。

數(shù)控機(jī)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(qiáng)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(shí)選用精加工淘汰下來的刀具，因?yàn)榫庸ぬ蕴牡毒吣p情況大多為刃部輕微磨損，涂層磨損修光，繼續(xù)使用會(huì)影響精加工的加工質(zhì)量，但對(duì)粗加工的影響較小。

(3)根據(jù)加工區(qū)域的特點(diǎn)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(zhǎng)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(shí)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(shí)，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(shí)，應(yīng)選硬質(zhì)合金刀片銑刀;加工凸臺(tái)、凹槽時(shí)，選高速鋼立銑刀;加工毛坯表面或粗加工孔時(shí)，可選取鑲硬質(zhì)合金刀片的玉米銑刀;對(duì)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(jìn)行自由曲面加工時(shí)，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(yuǎn)遠(yuǎn)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(shí)，盡量選擇端銑刀。另外，刀具的耐用度和精度與刀具價(jià)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(gè)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(kù)里，通過數(shù)控程序的選刀和換刀指令進(jìn)行相應(yīng)的換刀動(dòng)作。必須選用適合機(jī)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(jī)床主軸上或返回刀庫(kù)。編程人員應(yīng)能夠了解機(jī)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(shí)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(diǎn)，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(shí)刮除氣缸壁上多余的機(jī)油，上行時(shí)在氣缸壁上鋪涂一層均勻的油膜。這樣既可以防止機(jī)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(shí)受到氣缸中高溫、高壓燃?xì)獾淖饔?，溫度較高（尤其是，溫度可達(dá)600K）?；钊h(huán)在氣缸內(nèi)做高速運(yùn)動(dòng)，加上高溫下部分機(jī)油出現(xiàn)變質(zhì)，使活塞環(huán)的潤(rùn)滑條件變差，難以保證液體潤(rùn)滑，磨損嚴(yán)重。因此，要求活塞環(huán)彈性好，強(qiáng)度高、耐磨損。

活塞環(huán)的間隙

活塞環(huán)會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)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(yùn)動(dòng)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(diǎn)時(shí)，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?yàn)楣ぷ鳒囟雀?，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(dòng)機(jī)工作時(shí)，活塞環(huán)便產(chǎn)生了泵油作用。其原因是，活塞下行時(shí)，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(jī)油充入環(huán)槽下方；當(dāng)活塞上行時(shí)，活塞環(huán)又靠在環(huán)槽的下方，同時(shí)將機(jī)油擠壓到環(huán)槽上方。如此反復(fù)運(yùn)動(dòng)，就將缸壁上的機(jī)油泵入燃燒室。由于活塞環(huán)的泵油作用，使機(jī)油竄入燃燒室，會(huì)使燃燒室內(nèi)形成積炭和增加機(jī)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(jī)理

活塞環(huán)有一個(gè)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?xì)鈮毫ψ饔孟?，壓緊在環(huán)槽的下端面上，于是燃?xì)獗憷@流到環(huán)的背面，并發(fā)生膨脹，其壓力下降。同時(shí)，燃?xì)鈮毫?duì)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?xì)猓瑥牡诘罋猸h(huán)的切口漏到第二道氣環(huán)的上平面時(shí)，又把這道氣環(huán)壓貼在第二環(huán)槽的下端面上，于是，燃?xì)庥掷@流到這個(gè)環(huán)的背面，再發(fā)生膨脹，其壓力又進(jìn)一步降低。

如此繼續(xù)進(jìn)行下去，從后一道氣環(huán)漏出來的燃?xì)?，其壓力和流速已?jīng)大大減小，因而泄漏的燃?xì)饬恳簿秃苌倭?。因此，為?shù)很少的幾道切口相互錯(cuò)開的氣環(huán)所構(gòu)成的“迷宮式”封氣裝置，就足以對(duì)氣缸中的高壓燃?xì)膺M(jìn)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?xì)饴┤肭S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(duì)于漏入曲軸箱的燃?xì)饬坑幸欢ǖ挠绊?，切口間隙過大，則漏氣嚴(yán)重，使發(fā)動(dòng)機(jī)功率減?。婚g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(shí)容易折損；圖中(d)為二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)的。

■   氣環(huán)斷面形狀

氣環(huán)的斷面形狀

■ 矩形環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、散熱性好、廢品率低；缺點(diǎn)主要是有泵油作用，容易造成機(jī)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(diǎn)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(rùn)滑；缺點(diǎn)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(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用的一種活塞環(huán)，主要是因?yàn)榕でh(huán)除具有錐面環(huán)的優(yōu)點(diǎn)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(shí)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(diǎn)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(shí)其密封性能優(yōu)越，使用壽命長(zhǎng)；缺點(diǎn)主要是上下兩端面的精磨工藝較復(fù)雜。梯形環(huán)在熱負(fù)荷較大的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上使用較多。

■ 桶面環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是活塞的上下行程都可以形成楔形油膜以改善潤(rùn)滑，對(duì)活塞在氣缸內(nèi)擺動(dòng)的適應(yīng)性好，接觸面積小，有利于密封；缺點(diǎn)是凸圓弧面加工困難，多用于強(qiáng)化柴油發(fā)動(dòng)機(jī)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(yùn)動(dòng)時(shí)能夠形成油楔。機(jī)油可以把油環(huán)推離氣缸壁，從而易于進(jìn)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(qiáng)。鼻式油環(huán)和雙鼻式油環(huán)的刮油能力更強(qiáng)，但加工較困難。

油環(huán)及其刮油作用

油環(huán)的斷面形狀

對(duì)于由三個(gè)刮油鋼片和兩個(gè)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(gè)刮油片壓緊在氣缸壁上。這種油環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是，片環(huán)薄，對(duì)氣缸壁的比壓（單位面積上的壓力）大，因而刮油作用強(qiáng)；三個(gè)刮油片是各自獨(dú)立的，故對(duì)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(dòng)機(jī)上得到較廣的應(yīng)用。其缺點(diǎn)是制造成本高（片環(huán)的外表面必須鍍鉻，否則滑動(dòng)性不好）。

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