230”经编机压电贾卡梳栉的数控铣削变形工艺研究

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随着经编业 的迅速发展 ，贾卡经编机从最初 的机械纹板式到电磁式 ，现在 已发展成为压电陶瓷式 ，新-代压电贾卡使经编贾卡技术更完善。压电贾卡是经编机的重要提花元件 ，需控制每-枚导纱针精确运动，除对贾卡导纱针块本身加工精度有要求外，还对贾卡导纱针块的安装提出了较高的要求]，其安装精度将直接影响经编织物的品质。安装在同-把贾卡梳栉上的压电贾卡 ，贾卡导纱针的高度、间距必须相同，这就要求贾卡梳栉 V型槽的宽度、深度必须相同，同时槽的刚度 、平面度、直线度，压电贾卡安装基准面、贾卡梳栉安装面的平面度及粗糙度都要达到-定要求。由于 230 贾卡梳栉截面积小，长宽比悬殊，为典型的超长细薄零件，切削过程中易产生变形 ，加工精度难 以保证。数控铣削该类超长细炳时，工件因刚度不足引起的加工变形、毛坯内应力释放引起的变形 、装夹变形及卸载时的回弹是影响加工精度的最主要因素2]。因此有效控制或减小这些因素引起的加工误差，是提高细薄零件加工精度 的关键 。本文对数控龙门铣床加工贾卡梳栉进行分析 ，合理安排工艺路线 、走刀策略、设计工装夹具 ，选择刀具及切削参数 ，安排热处理及校正工艺 ，保证贾卡梳栉的尺寸精度及几何形状精度均达到图纸要求，从而确保了压电贾卡导纱针块的安装精度。

1 零件工艺分析贾卡梳栉的材料为镁合金(AZ31)，毛坯为挤压型材，总长度为 6 000 mm，型材截面图如图 1所示。

根据零件截面积和长度可知，贾卡梳栉是典型的超长细薄零件，毛坯型材的尺寸精度、形状位置精度较差 ，不符合安装要求 。按照工艺要求 ，用数控龙门铣收稿 日期 ：ZO12-07-23作者简介：刘炉(1982-)，男，重庆人 ，工程师，硕士，主要从事机械结构设计及数控加工工艺的研究。

第 2期 刘 炉等 ：230”经编机压 电贾卡梳栉 的数 控铣削变形工艺研究 219床对压电贾卡梳栉 的 V 型槽 、贾卡安装基 准面、梳栉安装面铣削加工 ，然后根据经编机吊架 的分布距离 ，在梳栉安装面上攻螺纹孔 ，数控铣削加工如 图 2所示 。技术要求 ：I)V型槽平面度、直线 度≤0.IO mm，槽 口必须光滑，无毛刺。

2)贾卡安装 基准 面、梳栉安装 面表 面粗糙度R ≤ 0.8 m，平面度≤O.10 mm。

/厂 / Jg1- 62 mrfl - 图 1 型材截 面图图 2 数控铣 削加工 图影响加工质量的主要 因素 ：1)应力变形。通常引起超长 细薄零 件变形的原因可分为残余应力变形、弹性变形、塑性变形和热变形 。其中残余应力为引起加工后零件变形的主要原因。残余应力是在无外力作用时，以平衡状态存在于物体内部的应力 ，残余应力是 内应力的-种 ，其产生的原 因为不均匀 的塑性变 形3]。在 铣削加 工中，由于切削材料的去除，打破了原来残余应力的平衡 ，从而引起零件的变形 。残余应力变形 由切削力 、夹紧力、夹紧方式及零件内表面残余应力分布情况等引起，在排屑通畅、散热快速的条件下，镁合金细薄 ，刚度结构件的加工变形主要是应力变形 。

2)工艺系统的振动。由于此零件线 膨胀 系数大 ，弹性模量型刚性差 ，在切削过程 中易弯曲和振动 ，难以获得 良好的加工精度和表面粗糙度。

2 工 艺方案确定对于主要由应力变形引起的加工变形，控制它的措施应从工艺路线 、走 刀策 略、装 夹方案 、刀具和切削用量选择、热处理及校正工艺等方面进行改善 。

2.1 工艺路线为保证零件质量，提高生产率，降低加工成本，零件的加工表面应按照合理的加工顺序加工。工序的安排原则包括 ：1)先加工基准面 ，再加工其他表面。

根据镁合金材料的切削加工性能 ，少用或不用切削液都能获得较高的加工质量 ，同时，镁合金加工时 ，若切屑过细则易被 引燃 ，影 响加工安全 ，不宜采用过小的进给量与切削深度。因此，将镁合金贾卡梳栉加工 阶段划分为粗加工与精加工两个阶段 ，而没有考虑半精加工阶段。本文中工件具体加工工序安排如下 ：1)以型材底面作为基准加工贾卡梳栉安装面。

2.2 走刀策略在数控铣床上加 工细薄零件，走刀方式 的不 同对工件变形影响较大 。顺铣加工时切 削厚度 由大到小 ，切削较平稳 ，变形较小 ，而逆铣时则相反 ，切削厚度 由小变大 ，切削力逐渐上升 ，工件 由于受刀具冲击产生较大变形 ，因此加工时选择顺铣。铣削加工时刀具切入 、退出工件等都需平滑过渡 ，避免走刀方 向的急剧变化 ，防止局部过切和挤压变形 ，减小刀具对工件的冲击 ；刀具轨迹避免重叠 ，以免刀具走刀时划伤已切削表面；粗加工后尽量保证所留精加工余量均匀 ，以减少精加工时切削负荷的变化 ，从而影 响加工精度 。

2.3 装夹方案工艺系统装夹刚度对工件加工变形的影响是 由工件定位 、约束及施加夹紧力而产生的。不 同的装夹方案对细炳内残余应力 的分布有重要影 响，而残余应力的不同分布直接影响工件的变形。装夹方案的不同主要体现在装夹方式、装夹位置、压板数量及夹紧力大小等方面。-般细薄零件装夹的设计需考虑以下几点 ：1)合理灵活地确定工件的定位及夹紧形式，选择合适 的定位支撑面。要求旧能选择大的平面作为定位面，提高接触刚度。

2)刚度较差的细薄零件常采用超定位方式定位，特别是在刚性薄弱处要加支撑，以提高工件的工艺刚度 ，减小工件铣削时的变形和振动。

22O 压 电 与 声 光3)在保证工件加工过程中可靠夹紧的前提下，采用旧能小的、均布的夹紧力 ；应在零件刚性好的地方施加夹紧力，夹紧力要垂直作用于定位面之内。

图 3为本文设计 的铣床夹具结构示意图。该结构采用多块压板组合方式 ，缩短了装夹时间，增大了接触面积，减小了每-点的夹紧力，使各处夹紧力均衡 ，且在加工不同面时 ，还可进行装夹点转换。

图 3 铣床夹具结构不意图2.4 刀具和切削用量选择由于镁合金具有良好的切削加工性能，原则上加工钢和铝合金的刀具也可用 于镁合金的加工 ，但由于镁合金切削力小，热容量低，因此镁合金加工时所用刀具的几何参数还须根据其切削加工特性进行合理的选择与设计 。主要有以下几点 ：1)镁合金强度和硬度较低，切削力小，加工时采用具有较大前角的刀具不仅有利于保持切削刃锋利和减少工件与刀具的摩擦 ，且便于切屑顺利脱落 。

2)加工镁合金时，刀具后角过小 ，易产生摩擦 ，摩擦加剧会导致温度上升从而引燃镁屑 ，后角过大 ，则产生月牙洼 。由于月洼对加 工质量 的影响较小 ，因此选择较大后角 。

3)镁合金铣 削加工时 ，铣 刀应认少 的刀 刃数 ，以利于排屑。

此外，加工镁合金时，较小的副前角虽有利于提高刃区强度 ，但切削力有所增加 ，工件变形 加大，因而在加工镁合金细炳时，副前角不宜过校另外 ，刀尖圆浑径对工件的振动和表面光洁度有影响，镁合金粗 、精加工都要求具有高的光洁度 ，所以为防止振动 ，宜适当减小刀尖圆浑径。

文中加工贾卡梳栉 V 型槽 时选用定制成 型铣刀，数控龙门铣床上加装偏置式万能铣头，铣头偏转- 定角度；加工安装基准面时，选用面铣刀，铣头偏转相应的角度 ；加工梳栉安装面时 ，选用普通立铣刀即可 。

切削用量包括切削速度 、进给量 、每齿进给量及切削宽度等。切削用量中对切削力影响最大的因素是背吃刀量 ，主轴转速影响最校因此 ，减小背吃刀量 、适当增加切削速度有利 于控制工件变形和提高加工效率。加工该细炳时，采用小的切削用量，大的切削宽度 ，适 中的进给。

数控铣削时 ，铣刀每齿进给量 的合理确定是满足加工质量要求、加工效率和减少刀具磨损的关键，通过调整每齿进给量 ，可实现对切削力的调节，从而实现对加工误差的控制。数控铣削各切削参数满足的如下关系：Vf- 厂2 (1)式中： 为进给速度 ； 为主轴转速 ； 为所选铣刀的齿数 ； 为铣刀每齿进给量 。

通常根据加工质量要求和工件、刀具材料先选择每齿进给量，再根据主轴转速和所选刀具的刃数确定出具体 的进给速度。粗加工时-般采用较低或中等转速、大进给、大切深及大尺寸刀具的工艺参数 ，以便快速去除毛坯材料 ，从而提高切削效率。精加工时，为满足工件 的加工精度和加工表面质量的要求，应选认适中的每齿进给量(-般选择0.1o～0.25 ram/齿)，采用较高转速、小切深、中进给及小直径刀具工艺参数，以保持机床运转平稳，使工件承受小的切削力、切削热及小的夹紧力作用。确定主轴转速时，根据机床所能承受的最大转速范围及工件材料、刀具材料合理确定主轴转速[4]▲给速度应与切削速度匹配 ，进给速度过快，会降低加工表面质量 ，进给速度过慢，除降低加工效率外 ，还会加速刀具后刀面的磨损及产生积屑瘤，进而降低表面质量。

该工件精铣加工时，加工余量应较常规工艺偏大，以避免刚度太低，在精加工最后-次走刀后，无进给光切几次 ，确保尺寸精度。

2.5 热处理及校正工艺残余应力是引起零件变形的重要因素。为防止工件的变形，除应进行恰当的材料热处理外 ，在粗加工和精加工之间，应增加-道去应力工序消除工件内部的应力，使之在随后的精加工中能较好地保证零件的形状和尺寸要求。本文在粗加工与精加工间安排自然时效处理，以旧能释放工件内部应力，减杏工后工件变形，稳定尺寸。为校正工装拆卸后工件产生的回弹变形，工件还需要进行适当的校直才能满足工艺设计要求。

(下转第 225页)第 2期 聂建华等：新型便携式高精度导纳仪开发 225(上 接 第 220页)2.6 注意事项1)加工过程安全问题。在对镁合金进行铣削的过程中，产生的切屑和细粉末都有燃烧或爆炸的危险。粗加工阶段产生的切屑尺寸较大 ，产生的摩擦热可迅速散失 出去，故难以达到燃点温度 ，此 阶段事故发生较少，但在精加工阶段，切削所产生的细小切屑和细粉末易达到引燃 温度，从而造成燃烧或爆炸事故 。

2)防腐处理。镁合金易腐蚀 ，在潮湿空气中化学性能不稳定 ，且镁合金表面形成的氧化膜不致密 ，不能保护内部金属不被腐蚀。零件加工完后需清洗混入的氧化物、润滑剂、油脂等污染物，用布蘸汽油擦拭涂有防锈油的零件表面，吹干后保存。

3 结 束语对于超长细薄零件 的精密数控加工 ，保证加工质量的关键是减型控制加工中及加工后 的零件变形 ，本文 中在数控龙门铣床上安排 了合理的工艺路线 、走刀策略 ，选择恰 当 的装 夹方案并设 计工装夹具，确定刀具和切削参数，辅以热处理及校正等工艺措施，减小了切削过程中的切削力 、切削热和塑性变形，经检验，零件的尺寸、形状精度及表面质量达到了使用要求 。