摘要：本文主要針對平坦曲面的加工，介紹了常用的不同加工工藝路線的優(yōu)缺點及對比，以不同的思路和方法實現(xiàn)較高的加工效率，同時保證曲面的尺寸要求和表面粗糙度。

關鍵詞：平坦曲面 加工工藝路線 對比 銑削加工 宏程序

0 引言

在機械加工中，常會遇到各種曲面類零件，如模具型腔、飛機機體、汽車車身、葉片螺旋漿等。由于這類零件型面復雜，需用多坐標聯(lián)動加工，因此多采用數(shù)控銑床、數(shù)控加工中心進行加工。零件的曲面依據(jù)不同的結構可分為平坦曲面、陡峭曲面以及復合曲面，對上述三種曲面采用不同的加工方法，會得到不同的加工精度，加工效率和加工成本。下面就平坦曲面在銑削加工過程的技術問題進行說明，重點介紹零件曲面的加工工藝。

1 平坦曲面的銑削實例

1.1 零件圖

圖1為一個曲面零件圖，該

零件具有兩個平坦曲面，零件材

料為T8A.

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圖2 剖視圖

■

圖3 俯視圖

1.2 工藝方案

1.2.1 工裝

零件安裝在機用平口鉗上。對于正反面采用兩次裝夾。

1.2.2 加工路線

該零件為單件小批量生產，零件材料為T8A。外形為一個長方體，正反面結構復雜。主要結構是由2個曲面組成的凸臺（R850圓弧構成的凸臺及R26圓弧構成的凸臺），零件的平面與曲面之間采用圓弧面過渡。其外部結構比較簡單，是一個標準的長方體。因此零件的加工以曲面輪廓為重點。因為零件正面具有兩個平坦曲面，所以本文以敘述正面的加工為主要。

①粗加工整個零件上面，去除大部分加工余量。

②精加工R850曲面凸臺。

③精加工R26曲面凸臺。

④精銑φ59圓環(huán)凹槽。

⑤倒圓角。

⑥鉆6×φ8孔。

⑦粗精加工零件反面輪廓。

1.2.3 刀具準備

零件需要以下刀具：φ12立銑刀；φ6立銑刀；R3球頭刀；φ8鉆頭。

其中φ12立銑刀用于零件外輪廓加工和平面加工，也用于粗加工整個面，以去除大部分余量。φ6立銑刀用于加工φ59圓環(huán)凹槽。R3球頭刀用于加工精加工R850曲面凸臺和R26曲面凸臺，以及零件倒圓角。

1.3 曲面銑削加工常存在的技術問題

1.3.1 粗銑時可以根據(jù)被加工表面給出的余量，用立銑刀按等高面一層一層地銑削，這種粗銑效率高。粗銑后的曲面類似于山坡上的梯田。臺階的高度視粗銑精度而定。

1.3.2 精銑的目的是銑掉“梯田”的臺階，最終加工出理論曲面，采用球頭銑刀，一般用行切法。

1.3.3 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?shù)奶岣咧鬏S轉速，另外還應避免用刀尖切削。

1.3.4 避免垂直下刀

平底圓柱銑刀有兩種，一種是端面有頂尖孔，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那樣向下垂直下刀，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，軸向力太大，所以也應盡量避免。最好的方法是向斜下方進刀，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刀要好，但也因軸向力過大，影響切削效果，所以最好不使用這種下刀方式。

1.3.5 銑削曲面零件中，如果發(fā)現(xiàn)零件材料熱處理不好、有裂紋、組織不均勻等現(xiàn)像時，應及時停止加工，以免浪費工時。

1.3.6 在銑削復雜的曲面時，一般需要較長的周期，因此，在每次開機銑削前應對機床、夾具、刀具進行適當?shù)臋z查，以免在中途發(fā)生故障，影響加工精度，甚至會造成廢品。

1.3.7 在曲面銑削時應根據(jù)加工表面的表面粗糙度適當掌握修銼余量。對于銑削比較困難的部位，如果加工表面的表面粗糙度較差，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，減少修銼余量，以免因大面積修銼而影響型腔曲面的精度。

2 銑削平坦曲面類零件的加工路線的選擇與對比

2.1 粗加工

對于邊界敞開的平坦曲面，粗加工時常采用平底立銑刀進行加工，常見的加工方式有如下幾種：

2.1.1 等高線粗加工

即為分層加工，這個層是編程人員設定的，一般為1mm。自動編程軟件根據(jù)每一層的零件外輪廓，計算需要避開的輪廓數(shù)據(jù)和重復的刀路，生成由G00、G01為主的程序。其特點是效率較高，刀具軌跡比較簡單，適用于陡峭或者有規(guī)律傾斜曲面的場合，但是其粗加工的余量較大，必須使用自動編程軟件來生產程序。

2.1.2 掃描線粗加工

即刀具與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。這是一種平行層切的方法。如圖4所示的發(fā)動機大葉片可采用兩種加工路線。采用4-a的加工方案時，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。當采用1-b所示的加工方案時，符號這類零件數(shù)據(jù)給出情況，便于加工后檢驗，葉片的準確度高，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，球形刀應由邊界外開始加工。

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a）沿直線進給 b）沿曲線進給

圖4 直紋曲面的加工路線

這種加工方式的特點是適用于平坦曲面的粗加工，但是切削量變化較大，對刀具的振動影響比較顯著，一般用于精加工的方式較多。

2.1.3 插銑式粗加工

插銑加工又稱為Z軸銑削法，是實現(xiàn)高效率切除金屬的最有效的方法之一。適合用于曲面較多、刀具懸伸長度較大的加工、以及切削量較大的場合。其特點有工件變形小、加工時間少，但是必須使用特殊的刀具甚至專用機床。它適合型腔類零件的粗加工。

2.2 曲面輪廓精加工

立體曲面加工應根據(jù)曲面形狀，刀具形狀和精度要求采用不同的銑削方法。常見的精加工曲面的方法有以下幾種：

2.2.1 曲面區(qū)域精加工

主要用于曲面的局部加工。大大提高了曲面局部的加工精度。也可以用于曲面上的銑槽、文字等。適合于單獨的曲面精加工，而不適合于有島嶼的加工場合。

2.2.2 輪廓導動精加工

將截面線通過固接在一個平面內的曲線上，而導動形成的面的刀具軌跡。通常用于倒角的加工和規(guī)則外輪廓的加工。

2.2.3 掃描線精加工

其原理同掃描線粗加工相似。一般采用兩坐標聯(lián)動的三坐標行切法加工。X，Y，Z三軸中的任意二軸作聯(lián)動插補，第三軸單獨的周期進刀，稱為兩軸半坐標聯(lián)動。適合于淺平面的加工。

2.2.4 三維偏置精加工

能夠由里向外生產三維等間距加工軌跡?？梢员ＷC加工效果有相同的殘留高度，提高加工質量和效果。同時也使刀具在切削過程中保持符合恒定，特別適合于高速加工。

2.3 機床聯(lián)動軸數(shù)的選擇

常見的數(shù)控銑床都是三軸聯(lián)動的。適合于加工輪廓較為規(guī)則的零件，也可以加工一些簡單的曲面。對于復雜空間曲面的精確加工（如精密模鍛）也可進行，但編程計算較為復雜。

四坐標加工的工件，例如側面為直紋扭曲面，若在三坐標聯(lián)動的機床上用圓頭銑刀按行切法加工時，不但生產效率低，而且表面粗糙度值大。有些工件例如圓柱圓錐螺旋槽的銑削三坐標銑床無法完成。為此，采用圓柱銑刀周邊切削，并用四坐標銑床加工。即除三個直角坐標運動外，為保證刀具與工件型面在全長始終貼合，刀具還應繞另一軸作擺角運動。由于擺角運動導致直角坐標需作附加運動，所以其編程計算較為復雜。

五軸聯(lián)動機床特別適合于復雜曲面和型腔的加工。例如螺旋漿是五坐標加工的典型零件之一，由于葉面的曲率半徑較大，所以常采用面銑刀加工，以提高生產率并簡化程序。因此為保證銑刀端面始終與曲面貼合，銑刀還應作擺角運動。在擺角運動的同時，還應作直角坐標的附加運動，以保證銑刀端面始終位于編程值所規(guī)定的位置上，即在切削成形點，銑刀端平面與被切曲面相切，銑刀軸心線與曲面該點的法線一致，所以需要五坐標加工。這種加工的編程計算相當復雜。一般采用自動編程。

3 零件曲面加工方法及程序

綜合上面各種粗精加工方法，結合這個零件的具有平坦曲面、又有規(guī)則輪廓面的特點，選擇等高線粗加工和三維偏置精加工來銑削R850的曲面。用宏程序編制掃描線加工方法來加工R26的曲面。

參考程序如下，采用華中數(shù)控HNC-21M系統(tǒng)格式編程。

3.1 左半R26圓弧曲面的加工宏程序（參考圖5）

%0001（R3球頭銑刀）

G90G54G17G21G40

G0Z100

M03S3000

G0X-40Y13.3（準備下刀點坐標）

G0Z1

#1=67 （循環(huán)變量初始值）

WHILE#1LE114

#2=23*COS[#1*PI/180]

#3=23*SIN[#1*PI/180]

#4=-10-#2 （刀具球心X坐標）

#5=22-#3 （刀具球心Z坐標）

#11=SQRT[576-#4*#4] （刀具下刀球心Y坐標）

G1Y[#11]F100 （每次均在φ59圓環(huán)凹槽下刀，見圖6）

X[#4]Z[#5] （切削前刀具定位）

G1Y-[#11]F600 （往復切削循環(huán)一次）

Y[#11]

#1=#1+1 （自變量增量角度）

ENDW

G0Z100

M30

3.2 右半R26圓弧曲面的加工宏程序

%0002（R3球頭銑刀）

G90G54G17G21G40

G0Z100

M03S3000

G0X-2Y24 （準備下刀點坐標）

G0Z1

#6=67 （循環(huán)變量初始值）

WHILE#6LE114

#7=29*COS[#6*PI/180]

#8=29*SIN[#6*PI/180]

#9=-10-#7 （刀具球心X坐標）

#10=#8-26 （刀具球心Z坐標）

#12=SQRT[576-#9*#9] （刀具下刀球心Y坐標）

G1Y[#12]F100 （每次均在φ59圓環(huán)凹槽下刀，見圖6）

X[#9]Z[#10] （切削前刀具定位）

G1Y-[#12]F600 （往復切削循環(huán)一次）

Y[#12]

#6=#6+1 （自變量增量角度）

ENDW

G0Z100

M30

3.3 R850曲面加工

采用CAXA制造工程師自動編程，粗加工為等高線粗加工，余量為0.5mm，見圖7。

精加工為三維偏置精加工，走刀軌跡見圖8。

總之，每種加工方法各有特點，只有不斷的總結、比較，找到最佳的加工方法來制定出最合理的工藝來完成加工。

4 結束語

由于本人學識水平有限，錯誤難免，望各位專家斧正，謝謝！

參考文獻:

[1]《數(shù)控銑工》（高級）北京：中國勞動社會保障出版社出版2008.

[2]《數(shù)控機床編程與操作》北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[3]《數(shù)控加工工藝》北京：機械工業(yè)出版社，2005.