插銑法加工的應(yīng)用及編程方案

康義

【摘 要】隨著數(shù)控加工行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，高效率，低成本是各個(gè)企業(yè)最求的目標(biāo)。特別是零件結(jié)構(gòu)特殊，加工環(huán)境惡劣，傳統(tǒng)的加工方法已經(jīng)無(wú)法滿足加工要求時(shí)，尋求先進(jìn)的新型加工方法勢(shì)在必行，插銑法就是一種新興的高效率、低成本的加工方法。

【關(guān)鍵詞】插銑法;高效加工

一、概述

1.1插銑法簡(jiǎn)介

插銑法又稱Z軸銑削法，是實(shí)現(xiàn)高切除率金屬切削最有效的加工方法之一，插銑法的加工效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)的端面銑削法和側(cè)面銑削法，采用插銑法，可以使加工時(shí)間縮短一半以上。采用插銑法也可以減小零件的加工變形。由于插銑加工的主切削力是軸向切削力，而徑向切削力很小，加工過(guò)程中對(duì)機(jī)床的主軸間隙要求不高，對(duì)于老舊機(jī)床可以充分利用，而且在同樣金屬去除量的前提下，對(duì)主軸的磨損量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的端面銑削和側(cè)面銑削。

1.2插銑法相對(duì)于傳統(tǒng)加工方法的優(yōu)點(diǎn)

插銑法大降低了深槽加工對(duì)刀具剛性的要求，深槽加工如果采用傳統(tǒng)的側(cè)刃銑加工方法，主切削力是沿徑向方向，刀具的長(zhǎng)徑比大，刀具徑向剛性大大降低，加工過(guò)程中徑向切削力使刀具讓刀、顫動(dòng)嚴(yán)重，刀具壽命低，加工參數(shù)低，加工效率自然也就低下。要想提高零件的加工效率，就要提高刀具材質(zhì)的剛性，隨著刀具長(zhǎng)度的增加，刀桿部分受到的彎曲力矩越來(lái)越大，對(duì)刀桿材料的要求也越來(lái)越高。當(dāng)?shù)毒叩拈L(zhǎng)徑比超過(guò)5時(shí)，就沒(méi)有材料可以承受了。這樣，只能以極低的加工參數(shù)生產(chǎn)，不僅加工效率低下，而且刀具成本大大增加。而插銑是沿著刀具的軸向切入被加工材料，類似于鉆削的一種加工方法。加工過(guò)程中，刀桿的受力方向，由傳統(tǒng)側(cè)刃銑的徑向，變?yōu)榈妮S向。而刀具承受軸向載荷的能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于承受徑向載荷的能力。插銑加工最大化的利用了刀具軸向剛性強(qiáng)的這一特性，刀桿承受的載荷，也從拉應(yīng)力、剪應(yīng)力的復(fù)合，變成了以剪應(yīng)力為主的簡(jiǎn)單狀態(tài)，降低了對(duì)刀具剛性要求的同時(shí)，大大提高了加工狀態(tài)的穩(wěn)定性。

1.3插銑法的應(yīng)用范圍

插銑法，適合加工小槽型大深度的結(jié)構(gòu)件，在鋁合金類結(jié)構(gòu)件的加工應(yīng)用鉸多。鋁合金插銑加工刀具主要采用的小直徑（直徑≤12mm）的整體硬質(zhì)合金刀具，小刃長(zhǎng)（1倍徑左右），大的有效切削深度，具有大長(zhǎng)徑比刀具，做插銑加工。這種結(jié)構(gòu)的刀具，價(jià)格非常昂貴，大部分的刀體材料，不能參與加工過(guò)程，材料的利用率不高，限制了插銑加工方法的推廣。機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具的出現(xiàn)后，國(guó)外刀具的設(shè)計(jì)理念有了非常大的轉(zhuǎn)變，在使用和推廣機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)這種大長(zhǎng)徑比，小刃長(zhǎng)刀具，更加適合設(shè)計(jì)成為機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具。隨著機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，機(jī)夾可轉(zhuǎn)位的插銑刀的應(yīng)用范圍，也由鋁合金加工，發(fā)展到了鋼，鈦合金等多種材料。由加工特殊深槽型結(jié)構(gòu)件，發(fā)展到普通開放槽式粗加工等多個(gè)加工領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。

1.4插銑法的前景展望

插銑法屬于新興的一種加工方法，目前在數(shù)控編程軟件及刀具開發(fā)明顯滯后，以CATIA V5編程軟件為例，僅在R17以后的版本，提供了簡(jiǎn)單“Plunge milling”編程策略。相信隨著插銑法應(yīng)用越來(lái)越廣泛，軟件及刀具開發(fā)方面，也會(huì)越來(lái)越完善。

二、插銑加工示例

2.1插銑法在加工零件轉(zhuǎn)角的應(yīng)用

數(shù)控銑加工零件轉(zhuǎn)角時(shí)，由于在轉(zhuǎn)角處刀具與切削材料接觸的包絡(luò)角急劇增大，切削力也成倍增加。即便采取較大的轉(zhuǎn)角減速，在轉(zhuǎn)角出也容易出現(xiàn)顫刀，過(guò)切等現(xiàn)象，嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)斷刀，零件尺寸超差、報(bào)廢。為了改善這一狀況，在加工前將轉(zhuǎn)角的大部分余量插銑去除，然后在進(jìn)行輪廓加工，尤其在高速加工中，進(jìn)行轉(zhuǎn)角余量插銑加工后，再進(jìn)行輪廓精加工時(shí)，不必進(jìn)行轉(zhuǎn)角減速，提高了加工效率的同時(shí)，也減輕了機(jī)床主軸的磨損程度。

插銑的方式切忌滿徑加工，因?yàn)榈毒咧行狞c(diǎn)的切削速度為零，因此一般整體硬質(zhì)合金刀具（橫刃過(guò)中心）插銑的加工量理論上不能不超過(guò)刀具直徑的1/2，最佳的切削量在刀具直徑的1/3左右，機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具（無(wú)橫刃過(guò)中心），其插銑的切削寬度不超過(guò)刀片寬度的2/3。

2.2插銑法編程示例

以實(shí)際加工件為例，演示插銑法在插銑轉(zhuǎn)角的應(yīng)用及編程方法，編程軟件為CATIA? V5為例，轉(zhuǎn)角的插銑處理使用Point To Point功能實(shí)現(xiàn)。選擇Goto Position方式，添加需要處理的轉(zhuǎn)角。在該選項(xiàng)中需要選擇零件面、導(dǎo)動(dòng)位置、檢查位置以及設(shè)定各個(gè)方面的偏置量。導(dǎo)動(dòng)位置及檢查位置既是轉(zhuǎn)角的兩個(gè)邊界面。一般情況下，可以在零件面及加工邊界上各留0.5mm余量（對(duì)于機(jī)床、刀具、工件整體工藝系統(tǒng)剛性較好時(shí)，可以不留余量）。同時(shí)需要指明被處理的轉(zhuǎn)角處于兩個(gè)邊界的那一個(gè)象限（該點(diǎn)不是實(shí)際加工位置，僅表明該轉(zhuǎn)角在導(dǎo)動(dòng)位置線與檢查位置線所相交的象限內(nèi)處于那一個(gè)象限，實(shí)際位置受偏置量與邊界控制）。選擇完需要處理的轉(zhuǎn)角后，僅是指明了一個(gè)位置，還不能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角的插銑處理，為了實(shí)現(xiàn)該功能，需要設(shè)定進(jìn)退刀的宏指令。在點(diǎn)到點(diǎn)方式中，進(jìn)退刀宏指令只有三個(gè)方式，Add Axial motion（軸向運(yùn)動(dòng)模式，沿軸向運(yùn)動(dòng)一段距離）;Add Axial motion up to a plane（軸向到平面，沿軸向運(yùn)動(dòng)到一個(gè)指定的平面）;Add distance along a line motion（直線運(yùn)動(dòng)，沿指定的直線運(yùn)動(dòng)一段距離）。將這三種方式進(jìn)行組合，即可以得到理想的轉(zhuǎn)角插銑處理的運(yùn)動(dòng)方式。

進(jìn)刀宏指令的組合設(shè)置是：軸向運(yùn)動(dòng)-直線運(yùn)動(dòng)-軸向平面-軸向運(yùn)動(dòng)-直線運(yùn)動(dòng)-軸向平面…軸向運(yùn)動(dòng)（或軸向平面），每一個(gè)組合為一次插銑過(guò)程，但是需要注意的是，進(jìn)刀宏指令的動(dòng)作過(guò)程與設(shè)定過(guò)程是相反的，實(shí)際運(yùn)動(dòng)時(shí)是由后向前動(dòng)作。而實(shí)際的速度設(shè)定是：加工速度-快速-退刀速度-加工速度-快速-退刀速度…快速。直線運(yùn)動(dòng)的方向在進(jìn)刀過(guò)程中與進(jìn)刀方向是相反的。

退刀宏指令的組合設(shè)置是：軸向運(yùn)動(dòng)-直線運(yùn)動(dòng)-軸向平面-軸向運(yùn)動(dòng)-直線運(yùn)動(dòng)-軸向平面…-軸向運(yùn)動(dòng)-軸向運(yùn)動(dòng)（或軸向平面），同樣每一個(gè)組合為一次插銑過(guò)程，但是需要注意的是，進(jìn)刀宏指令的設(shè)定過(guò)程與實(shí)際運(yùn)動(dòng)過(guò)程是相同的。而實(shí)際的速度設(shè)定是：退刀速度-快速-加工速度-退刀速度-快速-加工速度…退刀速度-快速。直線運(yùn)動(dòng)的方向在退刀過(guò)程中與退刀方向是相同。

直線運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)度既是每次插銑過(guò)程中的切削寬度，由于在進(jìn)行轉(zhuǎn)角處理的過(guò)程中，每次加工的余量都不是均勻的，因此較好的處理方式是采用階梯遞進(jìn)的方法。例如進(jìn)刀時(shí)7mm-5mm-3mm的方式，出刀時(shí)反之，即可以減少排刀的次數(shù)，同時(shí)可以保持每次加工的余量盡可能的均勻。

采用插銑的方式加工完的零件側(cè)壁表面殘留較高（如果設(shè)定的殘留較小，則需要排刀布距很小，效率較低），為了得到較好的表面質(zhì)量，需要在插銑后進(jìn)行輪廓加工，因此，插銑法加工主要用粗加工及半精加工。

為了保證在轉(zhuǎn)角處的加工余量均勻，可以設(shè)定轉(zhuǎn)角圓弧（考慮零件的轉(zhuǎn)R的加工公差）;但是轉(zhuǎn)角的R也不能太大，加工軌跡需要將插銑的位置包含在內(nèi)。插銑刀加工后，輪廓加工余量均勻，所以，這種輪廓加工可以不啟用轉(zhuǎn)角減速功能或減速率設(shè)置較高，使加工更順暢，加工狀態(tài)更穩(wěn)定。

三、小結(jié)

插銑法加工，是區(qū)別于傳統(tǒng)加工的一種新型加工方式。由于刀具、編程軟件及加工習(xí)慣等因素的制約，目前普及程度還有很大的提升空間。隨著軟、硬件配套的普及與完善，這種高效的加工方法應(yīng)用范圍會(huì)越來(lái)越廣，也會(huì)在各加工領(lǐng)域，發(fā)揮越來(lái)越大的中堅(jiān)作用。