型腔拐角的清根加工

陳倩

摘 要：針對加工中遇到一個工件，闡述傳統的加工方法的缺點，提出插銑加工，分析插銑優點，選取合適的切削路徑，利用插銑對拐角處進行清根加工，大大節省銑削加工時間，實現高效加工。

關鍵詞：清根；插銑；拐角；清根

加工中遇到需加工長200mm寬100mm深53mm，拐角半徑10mm的矩形方槽，其中拐角處余量半徑為20mm，型腔壁的加工余量為3mm。由于拐角處具有較大的金屬去除量。傳統加工工藝通常使用與拐角大小相同或略小的刀具進行側銑加工，加工過程中遇到很多困難，加工效率極為低下。這就急需改變加工工藝，提高加工效率。

1 傳統加工方法

傳統加工中，使用Φ20普通立銑刀一刀加工，由于在拐角處包絡角較大，在加工至拐角時，刀具的切削量會突然增大，其所受切削力也會增大。在加工過程中，切削力的突然增大勢必會對刀具產生較大的影響，刀具在受到沖擊力的情況下，加上銑刀伸出較長，刀具的撓度較大，容易產生振動并導致刀具折損。同時刀具駛出拐角時，切削力突然減小，工藝系統彈性變形恢復，將會致使刀具向工件加工表面內側變形，產生過切。因此突變的切削力對機床精度、工件質量有嚴重的影響。為此在編程時通常采用進給速度分段編程，在拐角加工時大量幅度降低進給速度，實際加工過程中，拐角加工時的進給速度只有型腔壁加工時的1/4。分段進給編程路徑如圖1，其中O1O至OO2進給減小區域，A、B為毛坯余量切點。

同時刀具直徑越小，其切削速度、進給速度越低，加工速度也會越低，因此采用傳統工藝加工會導致切削時間大量消耗，難以批量高效加工。

也可以使用Z向分層銑削或者減少背吃刀量，但是需要多次走刀，金屬去除量過小，加工效率無法保證。

2 加工工藝改進

針對型腔加工效率低下，對加工工藝進行改進，對于該工件的拐角處的切削量突變區域，可使用Φ20插銑刀進行清根加工。有效的提高加工效率。

插銑加工又稱為Z軸銑削法，在加工時，旋轉的刀具沿著Z軸方向直接向下切入工件，以刀片底刃參與切削，并沿Z軸向上退刀，然后在X軸或Y軸方向橫移一段距離，再進行垂直切削，切除更多的工件材料。插銑最大的特點是非常適合粗加工，尤其是對于難加工材料的曲面粗加工、型腔銑削粗加工以及刀具懸深長度較大的粗加工，它可切入工件凹部或沿著工件邊緣切削，由于插銑的側向力小，減小了刀具、工件變形，加工穩定性較高，加工效率遠遠高于常規的銑削。插銑方式如圖2所示：

從圖2可看出，插銑完成后會有殘留，為減小殘留，可以減小刀具插銑步距，但是這樣一來刀具路徑就會變長，效率會比較低，所以為了得到較好的表面質量，需要在插銑后進行輪廓加工，可在插銑時留精加工余量0.5mm。

由于選用的插銑刀并不是中心刀具，其刀片寬度為6mm，中心Φ8區域并沒有切削刃，如果選取不合適的刀具插入點、不合適的走刀步距，徑向切深就會超過刀片底刃，將會發生頂刀現象。同時為了充分發揮插銑刀在每次切削中的最大潛力，盡可能減少走刀次數，切除盡可能多的工件材料，這就需要對插銑的路徑進行計算。因此刀具插入時的徑向切削深度應不超過刀片底刃寬度，同時對于余量較多的拐角，插銑的步距應小于6mm，以及為了盡量減少拐角處余量，加工時刀具應當在拐角圓點插入，使刀具與拐角相切。利用CAD模擬和CAD測量，如圖3（1）所示，當刀具底切削刃與毛坯相切時，O1O為2.5mm（O1刀具中心，O拐角中心），為此可選取第一刀插入點為O2（O2O為4mm），如圖3（2）所示，經過三次插銑可去除拐角余量，殘余高度小于0.3mm，可忽略不計。

插銑完成后，使用Φ20立銑刀進行輪廓加工，由于拐角處余量較小，可以直接進行單層加工，這種精加工可以不用分段編程，大大提高加工效率。

3 結束語

針對型腔的加工，通過在拐角處應用插銑進行清根加工，清除了拐角處的加工余量，留給精加工的余量大致均勻，解決了拐角加工時遇到的各種問題：效率不高、質量不穩定、刀具損壞等問題，大大提高了加工效率，保證工件質量和加工節點。

參考文獻

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