型腔銑的切削研究

王舒++都基韜

摘 要：使用銑床擁有一個或多個多平臺銑削中心機床加工型腔是一種常見的機械加工方法。切削方法決定了切削運動時刀具軌跡的形狀，本文主要研究單向切削、往復式切削、仿形外輪廓切削、標準驅動切削等切削方法。

關鍵詞：型腔銑；切削；方法

切削方法決定了切削運動時刀具軌跡的形狀，本文主要研究以下幾種常見的切削方法：單向切削、往復式切削、仿形外輪廓切削、標準驅動切削等等。本文的圖示沒有給出任何島狀結構，但是即使有島嶼，算法也不會有改變。唯一的區別就是，這些島嶼狀結構可能有幾個或者多個環形的邊界。型腔邊界（或島嶼）與刀具軌跡之間的距離要求與正在使用的立銑刀的半徑相等。（見圖1.1）

一、單向形銑削

單向銑削產生一系列的單向平行直線刀具軌跡，在兩個相鄰的刀具路徑上切削方向相同，能始終保持順銑或者逆銑的工作狀態。因此，在每一個切削刀具路徑的末端刀具必須抬起，然后在回到下一個刀具路徑的起始位置。如下圖1.1a所示，首先切割整個外輪廓線。沿著刀具軌跡路線從頂部到底部，從左往右水平切削在每一步切削到最左端時，提刀回到最左端起始點繼續沿著水平刀具軌跡切削加工。開槽切削點的和數量要比島嶼的數量多一個。單向切削方法常用于島嶼表面的精加工以及不適于往復銑削路徑的場合。例如，一些陡壁的筋板，工藝上刀具只自下而上切削，這種情況只能用于單向切削。

二、往復式切削

往復式切削產生一系列平行連續的往復刀具軌跡，在兩個相鄰刀具軌跡路徑上的切削方向不同，順銑和逆銑兩種方式交替進行。如圖1.1b所示先切削出外輪廓（粗實線），然后切削外刀具路徑（細實線）。不管型腔的形狀和島嶼的數量多少，往復式切削開始只需要一個起始切削點。在完成往復式切削時，刀具可以提起也可以不提起，然后將刀具移動到完成的往復式曲線和外圍刀具軌跡的起始點之間。往復式銑削方法由于順銑和逆銑交替進行，所以通常用于內腔的粗加工，這種方法去除材料的效率要比單向銑削高。利用這種方法切削時要求內腔的形狀要規則一些，以使產生的刀具軌跡連續，而且剩余的余量盡可能的均勻。這種切削方法還可應用于島嶼頂面的精加工，但是步距的移動應當避免在島嶼面進行，即往復的切削要切削出表面區域。注意的是首刀切入內腔時，若沒有預鉆孔，應該采用斜線下刀，而且斜線的坡度應不大于5°。

三、仿形外輪廓切削

仿形外輪廓切削通過偏移切削區域的外輪廓從而產生一系列同心封閉的環狀刀具軌跡。仿形外輪廓的刀具軌跡是連續切削的刀具軌跡，沒有空切削，基本能夠保持單純的順銑和逆銑。如圖1.1d所示首先右邊的兩個內部循環路徑先被切削，然后刀具被提起并重新插入左側的循環路徑，外面刀具路徑被切削。切削的起點數量取決于型腔和島的形狀。因此，仿形外輪廓有著較高的切削效率，又能保持切削穩定和保證工件的加工質量。

四、標準驅動切削

標準驅動切削是一種新型輪廓的刀具軌跡方法。但是忽略狹窄的邊界通道，所以會產生自相交或者過切零件，如圖1.1c所示，刀具的軌跡方向與邊界選擇的順序一樣。標準驅動方法可以用在一些外形要求較高的零件加工，為了防止外形的尖角被去除，工藝上要求在兩根棱相交的尖角處，刀具圓弧切出，然后再圓弧切入，此時，刀具軌跡要相交，另外。它還可以用于刻字、雕花等軌跡容易自交的場合。

五、仿形零件銑削

仿形零件切削會產生一系列由零件外輪廓和內部島嶼形狀一同決定的刀具軌跡。這種切削方法的刀具軌跡是連續切削的刀具軌跡，沒有空切削，基本上能夠保持單純的順銑和逆銑。所以，仿形外輪廓和往復式切削相同既有較高的切削效率又能為此切削穩定和工件的加工質量。當切削過程中出現島嶼時，一般選用仿形零件切削方法，與仿形外輪廓切削方法一樣，仿形零件銑削通常用于帶有島嶼和內腔零件的粗加工，如模具的型腔和型芯。這兩種方法生成的刀具軌跡都是根據零件的幾何形狀偏置產生，形狀交叉的地方刀具軌跡不規則，而且切削不連續。一般可以通過調整刀具步距或者毛坯尺寸得到較為理想的刀具軌跡。

六、輪廓切削

輪廓切削利用刀具的側面沿著邊界切削，精加工零件的側壁，產生單一或者指定數量的繞切削區域輪廓的刀具軌跡，如圖1.1e所示，這種切削方法沿著邊界的方向運動，不會產生交叉的刀具軌跡路徑。

輪廓切削方法不用指定毛坯的幾何，只需指定零件的幾何。這種切削方法常用于零件的側壁或者外形輪廓的精加工或者半精加工。外形輪廓線可以是封閉的輪廓也可以是加工敞開的輪廓如圖1.1f所示。

七、結論

以上切削方法中，仿形外輪廓切削和仿形零件切削算法較為復雜，這兩種方法要根據進給率和轉速以及輪廓線以及零件的形狀而定。其他幾種切削方法有各自的優勢，加工方法相對簡單。

參考文獻：

[1]田春霞主編.數控加工技術[M].北京：機械工業出版社，2001.