銑削曲面應注意的問題

李　彪

摘要：在數控銑削加工中，銑削曲面相對來說是比較復雜的，因為在加工過程中需要注意的問題比較多，本文在此做以說明。

關鍵詞：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，粗銑時應根據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。粗銑后的曲面類似于山坡上的梯田。而臺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，加工時要注意留有精加工余量，即半精銑的目的是銑掉“梯田”的臺階，從而使加工余量進一步減少，達到更加接進實際形狀，采用球頭銑刀或圓弧刀加工時，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可比精加工大。所以，我們在選擇切削參數時，切削深度和進給速度都要比精加工時要大些。

3 精銑加工

精加工是指在半精加工的基礎上，通過刀具的運動最終加工出理論曲面，此時為我們所要的結構形狀和尺寸，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，一般用行切法。對于開敞性比較好的零件而言，行切的接近點應選在曲面的外面，即在編程時，應把曲面向外延伸一些，球頭刀應由邊界外開始加工。對開敞性不好的零件表面，由于折返時，切削速度的變化，很容易在已加工表面上及阻擋面上，留下由停頓和振動產生的刀痕。所以在加工和編程時，一是要在折返時降低進給速度，二是在編程時，被加工曲面折返點應稍離開阻擋面。對曲面與阻擋面相貫線應單作一個清根程序另外加工，這樣就會使被加工曲面與阻擋面光滑連接，而不致產生很大的刀痕。并且精銑時，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，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，球刀刀尖切出的表面質量比較差，所以應適當地提高主軸轉速，另外還應避免用刀尖切削，目的是減少刀具磨損和避免加工出質量比較差的表面。

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，其端刃不過中心。另一種是端面無頂尖孔，端刃相連且過中心。在銑削曲面時，有頂尖孔的端銑刀絕對不能像鉆頭似的向下垂直進刀，除非預先鉆有工藝孔，否則會把銑刀頂斷。如果用無頂尖孔的端刀時可以垂直向下進刀，但由于刀刃角度太小，軸向力很大，所以也應盡量避免。最好的辦法是向傾斜方向下刀或螺旋下刀，進到一定深度后再用側刃橫向切削。在銑削凹槽面時，可以預鉆出工藝孔以便下刀。用球頭銑刀垂直進刀的效果雖然比平底的端銑刀要好，但也因軸向力過大、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

在機械加工中，常會遇到各種曲面類零件，如模具、葉片螺旋槳等。由于這類零件型面復雜，需用多坐標聯動加工，因此多采用數控銑床、數控加工中心進行加工。在直紋面加工的加工中，對于邊界敞開的直紋曲面，加工時常采用球頭刀進行“行切法”加工，即刀具與零件輪廓的切點軌跡是一行一行的，行間距按零件加工精度要求而確定，可采用兩種加工路線。一種是橫向，每次沿直線加工，刀位點計算簡單，程序少，加工過程符合直紋面的形成，可以準確保證母線的直線度。另一種是縱向，符合這類零件數據給出情況，便于加工后檢驗，葉形的準確度高，但程序較多。由于曲面零件的邊界是敞開的，沒有其它表面限制，所以曲面邊界可以延伸，球頭刀應由邊界外開始加工。在曲面輪廓加工中，立體曲面加工應根據曲面形狀、刀具形狀以及精度要求采用不同的銑削方法。兩坐標聯動的三坐標行切法加工X、Y、Z三軸中任意二軸作聯動插補，第三軸做單獨的周期進刀，稱為二軸半坐標聯動。將X向分成若干段，圓頭銑刀沿YZ面所截的曲線進行銑削，每-段加工完成進給ΔX，再加工另一相鄰曲線，如此依次切削即可加工整個曲面。在行切法中，要根據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選得大些，有利于散熱，但刀頭半徑不應大于曲面的最小曲率半徑。

7數學處理

第一種情況是在2.5坐標銑床上兩坐標聯動行切加工，在此情況下，球頭刀中心軌跡為一平面折線，但刀刃與某行曲面的切點的連線則為一空間折線。這是由于切點在球頭刀上的位置是隨著曲率變化情況而改變的，為了避免銑切時產生“干涉”(過切)，行切時要隨著曲率變化情況有意識地在Z方向加一增量，其加工結果會在曲面上留下扭曲的溝紋。第二種情況是在3坐標數控銑床上進行3坐標聯動加工，在這種情況下，球頭刀的中心軌跡為一空間折線，而刀刃與某行曲面的切點連線則為一平面折線，加工后在曲面上留下的是較規則的溝紋。由于數控銑削曲面時，往往要求提供出球頭銑刀的中心運動軌跡，有時又由于零件的內外形(如成型模具的凹、凸模)，也存在著一個料厚問題，因此，僅有曲面數據還是解決不了加工問題，常常需要在提供的原曲面數據的情況下，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，故無論采用3坐標還是2坐標聯動銑削，都必須計算或確定行距和步長，并且在粗加工、半精加工和精加工時取值各不相同。

8銑削力

在圓弧曲面銑削加工中，為了控制在多軸機床上對圓弧曲面進行精確的銑削加工,建立了銑削力解析模型。在加工過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,這就造成了瞬時未變形切屑厚度在銑刀軸線方向上是一個變量。因此，圓弧曲面銑削加工是一個動態切削過程。將銑刀沿軸線方向劃分成若干微段,每個微段的切削看作一個穩態切削,根據已有的穩態過程銑削力模型,可以得到在每個微段上單位銑削力模型,然后沿軸線方向積分得到圓弧曲面銑削加工銑削力解析模型。通過實驗,驗證了該模型的有效性。

9 修銼余量

在模具型腔銑削時，應根據加工表面的粗糙度適當掌握修銼余量。對于銑削比較困難的部位，如果加工表面粗糙度較差，應適當多留些修銼余量；而對于平面、直角溝槽等容易加工的部位，應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下以一定的方式進行加熱、保溫一定的時間，然后采取合適的方式冷卻，讓其獲得所需要的組織結構和性能的工藝。熱處理是一種改善工件使用性能和工藝性能的重要工藝，通過恰當的熱處理，可以充分挖掘材料的潛力，從而減少零件的重量，提高產品的質量，延長產品的使用壽命。而在銑削曲面零件中，如果發現零件材料熱處理不好，有裂紋、變形、組織不均勻、硬度不足或軟點等現象時，應及時停止加工，以免浪費工時，加工后的效果不是很好。

11 檢查

在銑削模具型腔比較復雜的曲面時，需要較長的周期，因此，在每次開機銑削前應對機床、夾具、刀具進行適當的檢查，以免在中途發生故障，影響加工精度，甚至造成廢品。