【摘? ?要】? ?為研究鋁用整體硬質(zhì)合金刀具選用不同切削用量對(duì)指定加工材料AL6061表面加工質(zhì)量的影響，將銑削試驗(yàn)分為底面加工和側(cè)向加工兩個(gè)試驗(yàn)組。根據(jù)正交試驗(yàn)法，分別選擇切削用量的不同水平，開展銑削加工試驗(yàn)，運(yùn)用TESA RUGOSURF 20表面粗糙度儀測(cè)量輪廓算術(shù)平均偏差[Ra]，再運(yùn)用正交試驗(yàn)助手和SPSS軟件，分析各因素對(duì)表面加工質(zhì)量的影響程度，找出不同切削用量對(duì)表面粗糙度的影響規(guī)律。結(jié)果表明：采用整體硬質(zhì)合金刀具銑削AL6061時(shí)，在顯著性水平[P=0.05]的情況下，對(duì)數(shù)控銑削加工表面質(zhì)量具有顯著影響的因素是進(jìn)給量，切削速度和精加工余量?jī)蓚€(gè)因素的影響不顯著。

【關(guān)鍵詞】? ?硬質(zhì)合金;數(shù)控銑削;表面粗糙度;正交試驗(yàn)法

Research on Influencing Factors of Milling Surface Quality of AL6061

with Solid Carbide Cutting Tools

Zha Zhengwei

（Anhui Vocational College of Electronics&Information Technology， Bengbu 233030， China）

【Abstract】? ? The milling experiment was divided into two groups： bottom machining and side machining to study the influence of different cutting parameters on the surface machining quality of AL6061， a designated machining material， via solid carbide cutting tools for aluminum. According to the orthogonal test method， cutting parameters of different levels are used for milling test， TESA RUGOSURF 20 surface roughness instrument for profile arithmetic mean deviation [Ra]， and orthogonal test assistant & SPSS software for the influence degree of various factors on surface machining quality to find out the influence law of different cutting parameters on surface machining surface quality. The test results show that when the solid carbide cutting tools are used in milling AL6061， at the significant level P= 0. 05， it is concluded that the feed rate is the significant factor affecting the surface quality of CNC milling; Cutting speed and finishing allowance are not significant.

【Key words】? ? ?solid carbide; CNC milling; surface roughness; orthogonal test method

〔中圖分類號(hào)〕? ?TG659? ? ? ? ? ? ? ?〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕? A ? ? ? ? ? ? ?〔文章編號(hào)〕 1674 - 3229（2022）01- 0041 - 06

0? ? ?引言

目前，AL6061主要用于飛機(jī)著陸墊、航天固定裝置、卡車車身結(jié)構(gòu)件、電器固定裝置、通訊和自動(dòng)化機(jī)械零件的精密加工、模具制造等領(lǐng)域[1]。很多情況下，AL6061材質(zhì)零件都需要通過數(shù)控銑削加工完成零件生產(chǎn)。在運(yùn)用數(shù)控銑床加工AL6061時(shí)，選擇合適的銑削加工切削用量不僅可以減小表面粗糙度數(shù)值，提升加工表面質(zhì)量，還可以獲得合理切削效率，因此，研究其數(shù)控銑削加工切削用量具有重要意義。為了研究特定加工條件下數(shù)控銑削加工切削用量與表面粗糙度的關(guān)系，采用整體硬質(zhì)合金刀具對(duì)AL6061進(jìn)行銑削試驗(yàn)。選用正交試驗(yàn)法[2]，依次選取不同切削要素的不同水平進(jìn)行銑削加工試驗(yàn)，運(yùn)用正交試驗(yàn)助手并通過SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析[3]，評(píng)估各因素對(duì)加工表面粗糙度的影響程度。

1? ? ?試驗(yàn)條件及方案

1.1? ?試驗(yàn)方法

數(shù)控銑削加工主要切削用量為背吃刀量[ap]、側(cè)吃刀量[ae]、進(jìn)給量[f]和切削速度[vc]等要素[4]。因?yàn)樵诰娺^程中，通常將底面加工和側(cè)面加工分開銑削，故將背吃刀量[ap]和側(cè)吃刀量[ae]分別設(shè)定，分兩組開展切削試驗(yàn)。為了分析這些切削要素對(duì)加工表面質(zhì)量的影響程度和切削因素對(duì)提升表面加工質(zhì)量是否具有顯著性影響，找出最佳影響因素水平組合，采用正交試驗(yàn)法進(jìn)行試驗(yàn)，列出底面精加工和側(cè)向精加工兩組試驗(yàn)因素水平表。97090EAE-D92D-480B-B195-75AB4BE9D15A

1.1.1? ?底面精加工

底面加工側(cè)向一般留一定余量，此時(shí)影響底面加工質(zhì)量的要素為背吃刀量[ap]、進(jìn)給量[f]和切削速度[vc]三個(gè)因素，假設(shè)這三個(gè)因素之間沒有交互作用，選擇[L9（34）]正交表，將表的第四列空出，用來驗(yàn)證因素之間是否有交互作用。表中每個(gè)因素選擇三個(gè)水平，列出因素水平表，如表1所示。

1.1.2? ?側(cè)向精加工

側(cè)向加工底面一般留一定余量，此時(shí)影響切削質(zhì)量的要素則為側(cè)吃刀量[ae]、進(jìn)給量[f]和切削速度[vc]三個(gè)因素，假設(shè)這三個(gè)因素之間沒有交互作用，選擇[L9（34）]正交表，將表的第四列空出，用來驗(yàn)證因素之間是否有交互作用。表中每個(gè)因素選擇三個(gè)水平，列出因素水平表，如表2所示。

1.2? ?試件材料設(shè)計(jì)與制備

試件材料牌號(hào)為AL6061，試件毛坯尺寸為150mm×110mm×50mm鋁板。AL6061主要由鎂和硅組成，具體成分見表3。

試件合金狀態(tài)為6061-T6[5]，抗拉強(qiáng)度為310MPa，屈服強(qiáng)度為245MPa，延伸率為9%，硬度HB85，機(jī)械加工難度適中[6]。

為了盡量減少多次裝夾的重復(fù)定位誤差和夾緊力等其他因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，設(shè)計(jì)試件如圖1所示，試件上9個(gè)凸起的上底面為底面精加工試驗(yàn)面，試件上9個(gè)凸起的側(cè)面為側(cè)向精加工試驗(yàn)面。

1.3? ?銑削刀具

如圖2所示，試驗(yàn)切削選用株洲鉆石切削刀具股份有限公司生產(chǎn)的AL-3E-D10鋁用整體硬質(zhì)合金無涂層銑刀，該刀具設(shè)計(jì)獨(dú)特的容屑槽，切削刃鋒利，刃口采用防震設(shè)計(jì)，具有排屑流暢、防止積屑瘤產(chǎn)生和抑制顫動(dòng)功能，從而保證表面加工質(zhì)量。

1.4? ?加工條件及加工刀路規(guī)劃

1.4.1? ?加工條件

試驗(yàn)切削機(jī)床選用原大連機(jī)床集團(tuán)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的VDL-1000數(shù)控加工中心，該機(jī)床自重7000kg，主軸最高轉(zhuǎn)速8000r/min，切削進(jìn)給速度0-10000mm/min。夾具采用液壓精密虎鉗，一次裝夾完成底面和側(cè)面，總共18個(gè)特征試驗(yàn)精加工，從而保證試驗(yàn)影響因素按照表1和表2的變化。

1.4.2? ?加工刀路

如圖3所示，試驗(yàn)加工程序采用Mastercam 2021編寫，底面精加工采用面銑[7]，最大步進(jìn)給量為7.5mm，走刀方向?yàn)閱蜗蜃叩?，切削用量依照?底面精加工因素水平表設(shè)置，其他加工設(shè)置保持一致，生成平面銑削加工刀路;側(cè)向精加工采用2D外形銑削，軸向分兩層完成，最大切削深度為14mm，切削用量依照表2 側(cè)向精加工因素水平表設(shè)置，其他加工設(shè)置保持一致，生成外形銑削加工刀路。為了圖片保持清晰，圖3僅分別顯示底面精加工和側(cè)向精加工試驗(yàn)加工刀路中的一個(gè)平行銑削刀路和外形銑削刀路。

1.5? ?試件成品

嚴(yán)格依照表3選用試件材料，根據(jù)表1和表2設(shè)定精加工余量，完成圖1所示零件的粗加工，再更換全新刀具，選擇美孚切削液，在保證充分冷卻的狀態(tài)下，一次性運(yùn)行18個(gè)精加工刀路程序，完成的零件試件如圖4所示。另外，為了區(qū)別不同切削因素水平對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)加工面，便于后期的測(cè)量表面粗糙度，根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)法，將9個(gè)凸起部分試驗(yàn)編號(hào)，雕刻在凸起表面。運(yùn)用高清圖像采集設(shè)備，一次獲取底面試加工的圖像如圖5所示，另外，利用高清相機(jī)拍照獲取9個(gè)凸起側(cè)面試加工的圖像，如圖6所示。

2? ? ?試驗(yàn)結(jié)果及分析

根據(jù)試驗(yàn)加工方案，在一次裝夾下，分底面精加工、側(cè)向精加工兩個(gè)試驗(yàn)組記錄數(shù)據(jù)，底面精加工數(shù)據(jù)記錄在正交試驗(yàn)表4中，側(cè)向精加工數(shù)據(jù)記錄在正交試驗(yàn)表6中。表面粗糙度測(cè)量采用的儀器為TESA RUGOSURF 20，該測(cè)量?jī)x器的技術(shù)指標(biāo)為：測(cè)量范圍400μm，分辨率0.001μm，精度1級(jí)（ISO3274）。

2.1? ?底面精加工結(jié)果及分析

表4中ki（i=1，2，3）表示切削速度vc、進(jìn)給量f和精加工余量ap三個(gè)因素在第i個(gè)水平的輪廓算術(shù)平均偏差Ra平均值，極差是指三個(gè)因素的[k1、k2、k3]中的最大值與最小值的差值。以各因素的實(shí)際水平為橫軸，以[kAi]、[kBi]和[kCi]為縱軸，繪制因素效應(yīng)圖，如圖7所示。

表4中的極差[RA=0.273]、[RB=1.025]、[RC=0.385，]結(jié)合圖7因素效應(yīng)圖，采用直觀分析法[8]可知，進(jìn)給量對(duì)銑削表面加工質(zhì)量影響最大，其次是精加工余量，最小的是切削速度。根據(jù)表4數(shù)據(jù)，運(yùn)用正交實(shí)驗(yàn)助手和SPSS軟件進(jìn)行方差分析[9]，分析結(jié)果如表5所示。從表5可知進(jìn)給速度對(duì)提高平面銑削質(zhì)量具有顯著性影響，另外兩個(gè)因素對(duì)提高表面質(zhì)量影響不顯著。綜合另外分析，對(duì)于銑削AL6061，在試驗(yàn)條件下平面銑削切削用量推薦組合為A2B1C1。

2.2? ?側(cè)向精加工結(jié)果及分析

表6中[ki]（[i]=1，2，3）表示切削速度[vc]、進(jìn)給量[f]和側(cè)向精加工余量[ae]三個(gè)因素在第[i]個(gè)水平的輪廓算術(shù)平均偏差[Ra]平均值，極差是指三個(gè)因素的[k1、k2、k3]中的最大值與最小值的差值。以各因素的實(shí)際水平為橫軸，以[kAi]、[kBi]和[kCi]為縱軸，繪制因素效應(yīng)圖（圖8）。

表6中的極差[RA=0.833]、[RB=2.459]、[Rc=0.302，]結(jié)合圖8因素效應(yīng)圖可知，進(jìn)給量對(duì)銑削表面加工質(zhì)量影響最大，最小的是切削速度。根據(jù)表6數(shù)據(jù)，運(yùn)用正交實(shí)驗(yàn)助手和SPSS軟件進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表7所示，進(jìn)給速度對(duì)提高外形銑削質(zhì)量同樣具有顯著性影響，另外兩個(gè)因素對(duì)提高表面質(zhì)量影響不具有顯著性。對(duì)于銑削AL6061，在試驗(yàn)條件下外形銑削切削用量推薦組合為[A3B1C1]。97090EAE-D92D-480B-B195-75AB4BE9D15A

3? ? ?結(jié)論

數(shù)控銑削用量的調(diào)整可以在編程和實(shí)際加工過程中，運(yùn)用表面加工質(zhì)量與切削用量的影響規(guī)律，根據(jù)需要進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)過正交試驗(yàn)助手和SPSS軟件[10]雙重分析，保證了試驗(yàn)結(jié)果分析的準(zhǔn)確性。

綜上所述，在特定的加工條件下，運(yùn)用整體硬質(zhì)合金刀具銑削AL6061，在切削速度、進(jìn)給量和精加工余量三個(gè)影響因素中，對(duì)數(shù)控銑削加工表面質(zhì)量具有顯著影響的因素是進(jìn)給量，切削速度和精加工余量?jī)蓚€(gè)因素影響不顯著。

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