鋁合金高速加工進退刀方法研究

董勝磊

摘 要：本文通過研究鋁合金高速加工時進退刀對零件表面質量的影響，探索總結不同零件結構，不同加工形式下的最優進退刀軌跡，通過合理的進退刀軌跡，提高零件表面質量，提高零件加工效率。

關鍵詞：鋁合金;高速加工 進退刀軌跡

引言

隨著我國航空制造業的迅速發展，制造業對于工件的加工質量、效率、成本、環境影響等方面提出了新的要求。高速切削技術由于具有切削速度高、進給速度高、加工精度高的優點，符合我國當前制造業發展的要求，受到多方面的重視。鋁合金作為較早應用高速切削技術的材料之一，具有強度高、質量輕、成本低、加工性好的特性，在實際生產中廣泛應用于飛機、汽車、船舶、化學工業等生產領域。本文通過研究切削鋁合金高速切削進退刀軌跡，探索鋁合金高速加工進退刀對零件表面質量的影響，給出適合零件加工的進退刀最佳軌跡，優質高效的加工出鋁合金零件。

1.進退刀對零件表面質量的影響

零件在高速銑削加工過程中，連續加工后的表面質量良好，造成零件表面質量缺陷的部分原因是在平穩的銑削過程中刀具因切削力突變引起銑刀振動，銑削震動一般會帶來三方面的不良后果，一是會刺激操作工人引起疲勞，降低工作效率;二是會易使機床零件過早出現疲勞破壞;三是會導致被加工工件的精度和表面質量降低，加劇刀具磨損或破損，并且影響加工效率。嚴重時會出現折刀，發生更嚴重的質量事故。銑削加工在進刀過程中，切削力是從無到有的過程，退刀反之，在進退刀過程中及其容易出現刀具振動，進而在零件表面進退刀區域出現質量缺陷，造成零件加工成本增高，效率降低。因此在數控銑削時，刀具進退刀軌跡至關重要，良好的進退刀軌跡對于提高零件表面質量，提高零件加工效率有著舉足輕重的作用。

2.主要的進退刀分類

零件在高速銑削時，首選的也是最優的進退刀方式為從零件外側進退刀，但是由于零件結構和尺寸的限制，大部分的進退刀不能夠從零件外側執行，需要從零件內部開始。根據零件結構的不同，主要的進退刀結構有如下幾種：轉角加工進退刀，側壁加工進退刀，腹板加工進退刀，切斷加工進退刀，按加工方式分為粗加工進退刀、精加工進退刀，按零件擺角結構可以分為三軸加工進退刀、五軸加工進退刀，本文將結合鋁合金高速銑削零件，側壁加工，腹板加工進退刀，三軸、五軸加工進退刀進行探索研究，總結出鋁合金高速加工時對零件表面質量影響最小的進退刀加工方式。

3.零件進退刀方案

3.1三軸零件進退刀

3.1.1腹板方向進退刀

在粗加工及精細腹板時，此時加工主要是銑刀低刃參與切削加工，而銑刀端面為排削方便都會存在一定的無切削刃區域，都會銑削加工進退刀的主要影響點位避免扎刀，即避免銑刀端面無切削刃區域強行加工零件，會造成零件表面過燒，影響刀具使用壽命，影響零件質量。刀具使用在此種情況下，需要刀具斜線進 刀，為節省空間，設置為擺線進刀。斜線進刀的傾斜角度α則需要根據銑刀端面切削刃區域計算出，如圖所示進刀的傾斜角度α的計算方式，擺線長度以銑刀直徑的一半為宜。以一定的角度擺線進刀，擺線進刀角度滿足不發生扎刀即可，角度過小則會造成進刀時間過長，浪費加工效率。退刀時，首先以加工速度斜線離開零件，再以退刀速度快速退出零件。

3.1.2側壁方向的進退刀

側壁方向的進退刀包括側壁加工進退刀和轉角加工進退刀，三軸加工零件這兩種類型進退刀一致，統歸為側壁加工進退刀，這種加工方式以側刃切削加工為主，在進退刀時主要注意點為避免切削力突變，因此在側壁進退刀時，徑向需要以一定的角度進退刀，這樣切削力平穩變化，刀具在零件側壁進刀平穩過渡，

徑向進刀角度不易過大，過大則切削力不穩定，同時徑向進刀角度不易過小，過小則進刀時間較長，浪費加工效率， 數控加工常用的進退刀為圓弧進退刀和斜線進退刀兩種方式，圓弧進退刀時，圓弧小則進退刀角度大，進退刀不夠平穩，大圓弧進退刀時，進退刀角度足夠大但是效率低同時對

斜線進退刀時進刀時，進刀角度大則進退刀不夠平穩，進退刀角度小時則效率低同時對空間的要求較高，兩種進退刀方式在零件加工中均具有一定的局限性，本文推薦的進退刀為兩種圓弧疊加的方式進退刀，在剛接觸零件階段采用小圓弧進退刀，此時切削量少，切削力小，應用小的進退刀圓弧可以提高進退刀效率，在小圓弧進到一定角度后改用大圓弧進刀，此時切削量逐漸加大，改用大圓弧可以減小切削力和切削線速度，使切削力平穩過渡。這種大圓弧接小圓弧的切削方式一方面能夠保證銑削狀態平穩，同時效率較高，對空間的要求同樣不大，所示，通過現場零件切削加工，此種進退刀切削狀態平穩，效率高，而且切削后的零件表面質量良好。

4.五軸零件進退刀

五軸零件加工時，粗加工腹板加工進退刀與三周零件基本一致，側壁加工時，與三軸零件加工有所不同，由于五軸零件側壁存在開角或比較，在切削過程銑刀角度一直在變化，在加工至轉角區域時，角度變化較大，如果在進退刀時角度選擇不合理，會導致在加工至轉角區域時角度變化過大在轉角區域造成帶刀、頓刀等表面質量隱患，同時進退刀角度設置不合理容易切傷零件腹板，還會造成程序段冗長，增加零件加工時間，零件加工效率慢等結果。零件轉角進退刀，常規選擇進退刀點時，進退刀區域刀具角度變化非常大，按此策略進行進退刀加工時，角度變化較大，加工效率較低，而且進退刀表面質量不能得到保證。

本文介紹一種進退刀方式，即進刀角度與退刀角度以相鄰的待加工側壁角度為基準，以相鄰的待加工表面為基準建立進刀平面，平面近似平行于轉角后的側壁，通過建立進退刀平面，使得進退刀角度被限制在待加工側壁的傾斜角度，銑刀在進刀前已完成主軸角度的偏置，在進刀過程中不需要較大的切削角度的調整，進而實現進退刀軌跡的平穩光順。通過對比圖3與圖4的進退刀加工軌跡，可以明顯看出，以進退刀平面為進退刀基準的軌跡更工整，有利于提高零件加工效率和零件表面質量。

結論

本文根據零件不同的結構特點和切削方式的給出了幾種不同的進退刀方案，粗加工及腹板面加工給出了擺線及斜線進刀時進刀角度的計算;側壁加工進退刀引入兩端圓弧疊加的進退刀理論;零件切斷進退刀將擺線幾道與兩段圓弧進退刀方式結合的方式;五軸零件開閉角過渡側壁的進退刀引入進刀平面的可以有效的提高零件進退刀效率，保證零件加工的表面質量。在鋁合高速金加工逐漸走向普及化的背景下，本文給出的三五軸零件加工進退刀具軌跡有廣泛的應用意義，值得被廣泛借鑒和應用，還可以在其他材料高速加工進退刀中進行推廣應用。

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