銑削曲面應(yīng)注意的問(wèn)題

李　彪

摘要：在數(shù)控銑削加工中，銑削曲面相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較復(fù)雜的，因?yàn)樵诩庸み^(guò)程中需要注意的問(wèn)題比較多，本文在此做以說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：精銑；加工

1粗銑加工

粗銑是指在加工可行的情況下，最大限度的把多余的量加工掉，并給半精加工或精加工留有一定的加工余量，所以，粗銑時(shí)應(yīng)根據(jù)被加工曲面給出的余量，用立銑刀按等高面一層一層地銑削，這種粗銑方法效率比較高。粗銑后的曲面類(lèi)似于山坡上的梯田。而臺(tái)階的高度視粗銑精度不同而定。粗加工給半精加工的余量一般為0.5～1mm。

2 半精銑加工

半精銑是指在粗銑的基礎(chǔ)上，再加工掉一些余量，使被加工表面更接近于理論曲面，加工時(shí)要注意留有精加工余量，即半精銑的目的是銑掉“梯田”的臺(tái)階，從而使加工余量進(jìn)一步減少，達(dá)到更加接進(jìn)實(shí)際形狀，采用球頭銑刀或圓弧刀加工時(shí)，一般為精加工工序留出0.2～0.5㎜左右的精加工余量。半精加工的行距和步長(zhǎng)可比精加工大。所以，我們?cè)谶x擇切削參數(shù)時(shí)，切削深度和進(jìn)給速度都要比精加工時(shí)要大些。

3 精銑加工

精加工是指在半精加工的基礎(chǔ)上，通過(guò)刀具的運(yùn)動(dòng)最終加工出理論曲面，此時(shí)為我們所要的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸，并保證所允許的精度，包括尺寸精度、形狀和位置精度和表面粗糙度。用球頭銑刀精加工曲面時(shí)，一般用行切法。對(duì)于開(kāi)敞性比較好的零件而言，行切的接近點(diǎn)應(yīng)選在曲面的外面，即在編程時(shí)，應(yīng)把曲面向外延伸一些，球頭刀應(yīng)由邊界外開(kāi)始加工。對(duì)開(kāi)敞性不好的零件表面，由于折返時(shí)，切削速度的變化，很容易在已加工表面上及阻擋面上，留下由停頓和振動(dòng)產(chǎn)生的刀痕。所以在加工和編程時(shí)，一是要在折返時(shí)降低進(jìn)給速度，二是在編程時(shí)，被加工曲面折返點(diǎn)應(yīng)稍離開(kāi)阻擋面。對(duì)曲面與阻擋面相貫線(xiàn)應(yīng)單作一個(gè)清根程序另外加工，這樣就會(huì)使被加工曲面與阻擋面光滑連接，而不致產(chǎn)生很大的刀痕。并且精銑時(shí)，我們通常采用順銑，銑削精度比較高，以減少零件被加工表面粗糙度的值。

4 球頭銑刀

球頭銑刀在銑削曲面時(shí)，其刀尖處的切削速度很低，如果用球刀垂直于被加工面銑削比較平緩的曲面時(shí)，球刀刀尖切出的表面質(zhì)量比較差，所以應(yīng)適當(dāng)?shù)靥岣咧鬏S轉(zhuǎn)速，另外還應(yīng)避免用刀尖切削，目的是減少刀具磨損和避免加工出質(zhì)量比較差的表面。

5 平底圓柱銑刀

平底圓柱銑刀有兩種，一種是端面有頂尖孔，其端刃不過(guò)中心。另一種是端面無(wú)頂尖孔，端刃相連且過(guò)中心。在銑削曲面時(shí)，有頂尖孔的端銑刀絕對(duì)不能像鉆頭似的向下垂直進(jìn)刀，除非預(yù)先鉆有工藝孔，否則會(huì)把銑刀頂斷。如果用無(wú)頂尖孔的端刀時(shí)可以垂直向下進(jìn)刀，但由于刀刃角度太小，軸向力很大，所以也應(yīng)盡量避免。最好的辦法是向傾斜方向下刀或螺旋下刀，進(jìn)到一定深度后再用側(cè)刃橫向切削。在銑削凹槽面時(shí)，可以預(yù)鉆出工藝孔以便下刀。用球頭銑刀垂直進(jìn)刀的效果雖然比平底的端銑刀要好，但也因軸向力過(guò)大、影響切削效果的緣故，最好不使用這種下刀方式。

6 加工路線(xiàn)

在機(jī)械加工中，常會(huì)遇到各種曲面類(lèi)零件，如模具、葉片螺旋槳等。由于這類(lèi)零件型面復(fù)雜，需用多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工，因此多采用數(shù)控銑床、數(shù)控加工中心進(jìn)行加工。在直紋面加工的加工中，對(duì)于邊界敞開(kāi)的直紋曲面，加工時(shí)常采用球頭刀進(jìn)行“行切法”加工，即刀具與零件輪廓的切點(diǎn)軌跡是一行一行的，行間距按零件加工精度要求而確定，可采用兩種加工路線(xiàn)。一種是橫向，每次沿直線(xiàn)加工，刀位點(diǎn)計(jì)算簡(jiǎn)單，程序少，加工過(guò)程符合直紋面的形成，可以準(zhǔn)確保證母線(xiàn)的直線(xiàn)度。另一種是縱向，符合這類(lèi)零件數(shù)據(jù)給出情況，便于加工后檢驗(yàn)，葉形的準(zhǔn)確度高，但程序較多。由于曲面零件的邊界是敞開(kāi)的，沒(méi)有其它表面限制，所以曲面邊界可以延伸，球頭刀應(yīng)由邊界外開(kāi)始加工。在曲面輪廓加工中，立體曲面加工應(yīng)根據(jù)曲面形狀、刀具形狀以及精度要求采用不同的銑削方法。兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的三坐標(biāo)行切法加工X、Y、Z三軸中任意二軸作聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)，第三軸做單獨(dú)的周期進(jìn)刀，稱(chēng)為二軸半坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)。將X向分成若干段，圓頭銑刀沿YZ面所截的曲線(xiàn)進(jìn)行銑削，每-段加工完成進(jìn)給ΔX，再加工另一相鄰曲線(xiàn)，如此依次切削即可加工整個(gè)曲面。在行切法中，要根據(jù)輪廓表面粗糙度的要求及刀頭不干涉相鄰表面的原則選取ΔX。行切法加工中通常采用球頭銑刀。球頭銑刀的刀頭半徑應(yīng)選得大些，有利于散熱，但刀頭半徑不應(yīng)大于曲面的最小曲率半徑。

7數(shù)學(xué)處理

第一種情況是在2.5坐標(biāo)銑床上兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)行切加工，在此情況下，球頭刀中心軌跡為一平面折線(xiàn)，但刀刃與某行曲面的切點(diǎn)的連線(xiàn)則為一空間折線(xiàn)。這是由于切點(diǎn)在球頭刀上的位置是隨著曲率變化情況而改變的，為了避免銑切時(shí)產(chǎn)生“干涉”(過(guò)切)，行切時(shí)要隨著曲率變化情況有意識(shí)地在Z方向加一增量，其加工結(jié)果會(huì)在曲面上留下扭曲的溝紋。第二種情況是在3坐標(biāo)數(shù)控銑床上進(jìn)行3坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工，在這種情況下，球頭刀的中心軌跡為一空間折線(xiàn)，而刀刃與某行曲面的切點(diǎn)連線(xiàn)則為一平面折線(xiàn)，加工后在曲面上留下的是較規(guī)則的溝紋。由于數(shù)控銑削曲面時(shí)，往往要求提供出球頭銑刀的中心運(yùn)動(dòng)軌跡，有時(shí)又由于零件的內(nèi)外形(如成型模具的凹、凸模)，也存在著一個(gè)料厚問(wèn)題，因此，僅有曲面數(shù)據(jù)還是解決不了加工問(wèn)題，常常需要在提供的原曲面數(shù)據(jù)的情況下，再建立起供編程加工用的等距曲面。由于空間曲面一般都采用行切法加工，故無(wú)論采用3坐標(biāo)還是2坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)銑削，都必須計(jì)算或確定行距和步長(zhǎng)，并且在粗加工、半精加工和精加工時(shí)取值各不相同。

8銑削力

在圓弧曲面銑削加工中，為了控制在多軸機(jī)床上對(duì)圓弧曲面進(jìn)行精確的銑削加工,建立了銑削力解析模型。在加工過(guò)程中為了保證加工的精度,銑刀與被加工表面之間保持垂直,這就造成了瞬時(shí)未變形切屑厚度在銑刀軸線(xiàn)方向上是一個(gè)變量。因此，圓弧曲面銑削加工是一個(gè)動(dòng)態(tài)切削過(guò)程。將銑刀沿軸線(xiàn)方向劃分成若干微段,每個(gè)微段的切削看作一個(gè)穩(wěn)態(tài)切削,根據(jù)已有的穩(wěn)態(tài)過(guò)程銑削力模型,可以得到在每個(gè)微段上單位銑削力模型,然后沿軸線(xiàn)方向積分得到圓弧曲面銑削加工銑削力解析模型。通過(guò)實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了該模型的有效性。

9 修銼余量

在模具型腔銑削時(shí)，應(yīng)根據(jù)加工表面的粗糙度適當(dāng)掌握修銼余量。對(duì)于銑削比較困難的部位，如果加工表面粗糙度較差，應(yīng)適當(dāng)多留些修銼余量；而對(duì)于平面、直角溝槽等容易加工的部位，應(yīng)盡量降低加工表面粗糙度值，減少修銼工作量，避免因大面積修銼而影響型腔曲面的精度。

10 熱處理

熱處理是指工件在固態(tài)下以一定的方式進(jìn)行加熱、保溫一定的時(shí)間，然后采取合適的方式冷卻，讓其獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)和性能的工藝。熱處理是一種改善工件使用性能和工藝性能的重要工藝，通過(guò)恰當(dāng)?shù)臒崽幚?，可以充分挖掘材料的潛力，從而減少零件的重量，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命。而在銑削曲面零件中，如果發(fā)現(xiàn)零件材料熱處理不好，有裂紋、變形、組織不均勻、硬度不足或軟點(diǎn)等現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)及時(shí)停止加工，以免浪費(fèi)工時(shí)，加工后的效果不是很好。

11 檢查

在銑削模具型腔比較復(fù)雜的曲面時(shí)，需要較長(zhǎng)的周期，因此，在每次開(kāi)機(jī)銑削前應(yīng)對(duì)機(jī)床、夾具、刀具進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋z查，以免在中途發(fā)生故障，影響加工精度，甚至造成廢品。