不锈钢送料轨道数控铣削加工方法探讨

姚全红

（广东省乳源瑶族自治县中等职业技术学校，广东乳源 512700）

0 引言

在小型高速非标装配设备中，尺寸较小的装配产品输送通常采用弧形送料轨道，本文讨论的加工对象是异形喷雾阀门组装机附带的阀室送料轨道，其材质为奥氏体不锈钢304，要求轨道内外表面光滑，结构尺寸稳定，保证产品输送能快速移动。在没有引入数控铣床加工前，采用多个零件组合的方式来制造，即分别用线切割割出上下各部分，再焊接拼成一个整体轨道，这种方式加工的轨道很容易变形。现决定使用数控铣床加工该轨道，从而保证轨道的技术要求。

1 零件外形特点和工艺要求

由于该轨道的沟槽结构左右对称，故以其中一侧轨道的加工为例说明，如图1所示，单侧轨道由两截直线段和一截圆弧段构成，6个螺丝沉孔与另一侧轨道的六个螺丝孔配对。两个φ6的销孔与另一侧轨道的两个φ6销孔配合，在两侧轨道装配时起定位作用。由于要求送料顺畅，对沟槽尺寸有一定精度要求，内部沟槽的表面粗糙度均要求Ra0.8。其中基本尺寸宽3.3mm，深13mm的沟槽由于尺寸较小，表面粗糙度要求较高，相对其它台阶也较难加工。零件整体要求内外表面光洁无毛刺，其余表面粗糙度Ra3.2，未注公差按IT13。

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

2 零件加工难点分析

零件材质为奥氏体不锈钢304，该类型不锈钢具有良好的耐蚀性、耐热性等机械性能，广泛应用于高强度和高抗蚀性的工业结构件。奥氏体不锈钢的机械加工性能相对于45#钢来说较差，在切削加工时，塑性和韧性大，切屑不易折断，易黏结而产生粘附现象，容易形成加工硬化层，从而加剧刀具的磨损。

如图2所示，该零件内部的三个沟槽深度分别4.5mm、6.5mm、13mm，深度较浅的沟槽切削量较大，连续切削时间较长，发热量大，零件整体较细长，若不能进行良好的散热，在材料较薄处的底面容易出现中间拱起的受热变形，严重影响零件的使用。而深度为13mm，宽度为3.3mm的窄槽使用的刀具较小，在切削参数设置不合理导致切削力较大的情况下很容易发生断刀，该窄槽表面还有一定的粗造度要求，需要设置合理的转速、下刀深度、进给参数来保证。同时也需兼顾零件整体的加工效率，以便用最少的时间实现最好的加工效果。因此在零件的预处理、装夹方式及编制刀具路径时，选择合适的刀具，编制简捷有效的走刀路线，避免提刀、空刀和刀具路径的重复，最后根据零件的特征选择合理的走刀方式。

图2 零件截面外形尺寸Fig.2 section size of part

3 加工思路和刀具选择

由于轨道是不锈钢304材质，而且有较深的小沟槽特征，需要使用较小直径的铣刀，为避免出现小刀具承受大切削力的现象，所以基本的加工思路是小切深，高进给，选用专门加工不锈钢的涂层刀具；同时改进冷却方式，加装带磁座的切削喷雾器，使用喷雾冷却的方式，雾化的质点颗粒在切削区的高温作用下汽化，吸收大量的切削热；细小的雾滴渗透到切削接触区，改善了切削液的渗透性，降低摩擦热，润滑良好，散热充分。

4 加工工艺流程

该轨道若是先线切割外形再铣削内部沟槽，则既难以装夹又容易发生变形，也不能保证精度。根据该轨道外形轮廓，初定加工方法为：将长方形毛坯在普通铣床上对轨道的直线和圆弧部分进行开粗铣削，并留出足够余量给数铣加工；再以长方形原材料一面作为为轨道底面装夹，铣削上表面，保证零件厚度基本尺寸为16mm。接着依次铣削深度为4.5mm的台阶和深度6.5mm的台阶，再铣削深度为13mm的台阶，并钻好螺丝沉孔和铰削销孔，最后拆下零件，用快走丝线割外形。这样，零件主要沟槽的铣削加工和孔的加工均在同一次装夹后铣削完成，既保证了沟槽的精度、光洁度、及与销孔的相对位置，又将零件因加工引起的变形减到了最小。由于零件无任何复杂的3D造型曲面和斜壁结构，因此全部的粗精加工刀路均采用Mastercam X3的外形铣削刀路。

（1）轨道上表面的加工。刀具选择：根据工件的材质和待加工形状，决定选用￠20mm的不锈钢专用涂层铣刀进行表面开粗。选用螺旋式下刀，避免刀具沿轴向插入工件，使刀具损毁或缩短寿命。

刀路制定及切削参数：切削参数的选择对加工质量、加工效率及刀具耐用度有着很大的影响，切削参数主要有主轴转速、进给速率、刀具切入时的进给速率、步距宽度及切削深度等。具体方法为：铣削零件的上表面，铣出一块比轨道表面略大的空间，铣削总深度2mm。选用外形铣削方式，顺铣加工，XY向和Z向均分层铣削，设置刀具转速2000r/min，Z向每次下刀0.15mm，进给3000mm/min，XY方向不留加工余量，Z方向预留0.2mm，为精加工做准备。粗加工完成后，对上表面进行外形铣削精加工，设置刀具转速2500r/min，进给2500mm/min，Z向每次下刀0.1mm，完成零件上表面加工。

（2）轨道零件内4.5mm和深6.5mm沟槽的加工。刀具选择：为了尽可能避免由于更换刀具引起的偏差，同时尽可能选择大直径刀具。根据零件沟槽的形状特征，决定选用￠14的平底铣刀对深4.5mm和6.5mm的台阶进行开粗，接着换用￠14的精加工刀具进行精加工。对于深度为13mm，宽3.3mm的窄槽，选用￠3mm的平底铣刀开粗，再换用￠3mm的精加工刀具进行精加工。

刀路制定：粗加工深6.5mm的台阶时，选用外形铣削方式，顺铣加工，XY向和Z向分层铣削，设置刀具转速2000r/min，同时为尽可能减小刀具受力和降低切削热，设置Z向每次进刀量为0.15mm。XY向预留加工余量0.3mm，Z方向预留加工余量0.3mm，为下一步精加工做准备。精加工时，设定XY方向和Z向分层铣削，设定XY向和Z向分层铣削每次下刀量均为0.1mm。加工6.5mm深的台阶步骤与4.5mm的相同，只需设置的不同具体参数。加工深3.3mm的台阶时粗加工转速设定为3000r/min，进给2000mm/min，设置Z向每次进刀量为0.1mm。精加工转速设定为 3500r/min，进给 1500mm/min，设置 XY向和Z向每次进刀量为0.08mm，完成全部台阶的铣削加工。

（3）孔的加工。该零件中的孔有6组￠11、￠6.5的螺丝沉孔，以及两个￠6的定位销孔。对于螺丝沉孔，使用钻中心孔→钻孔→扩孔的方案，先用中心钻钻孔，再用￠6.5mm的钻头钻通孔，最后用￠11mm的钻头扩孔完成，钻孔刀路选用深孔啄钻，这种加工方式可以更改排屑时刀具回退的高度，且排屑容易。对于两个￠6的销孔，使用钻中心孔→钻孔→铰刀扩孔的方案。即先用中心钻钻孔，再用￠5.9mm的钻头钻通孔，最后用￠6的铰刀扩孔完成。

（4）轨道外形的加工。铣削和钻孔全部完成后，将轨道装夹到快走丝机床上，以加工好的轨道内侧和毛坯外侧为基准，线割出轨道外形。

（5）加工中出现的问题和解决方案。该轨道零件改成数铣加工后，沟槽的尺寸精度较稳定。但也出现了问题，即深度3.3mm的窄槽，由于该槽是作为工件滑动的支承面，表面粗糙度要求为Ra0.8，但数铣铣削加工后的表面却较为粗糙，远远达不到使用要求，此时再对已加工的窄槽进行手工抛磨也很困难。通过分析刀路及加工参数，反复试验后发现是该槽在精加工时，由于使用直径3mm的铣刀，铣刀直径较小，在Z向每次进刀量设置过大的情况下便会引起铣刀的震动。由于进给较快，使得铣刀没有对窄槽侧面进行充分的精加工铣削，从而表面粗糙度达不到要求。因此在精加工时将Z向每次下刀量降低为0.05mm，进给降低为1200mm/min后，轨道窄槽表面的光洁度便达到了使用的要求。

该304不锈钢轨道在改进加工工艺后，加工出的零件没有发生超出尺寸要求的变形，刀具磨损也小，零件的表面粗糙度有了大幅度提高，达到了预期的使用要求。

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