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        數(shù)控銑削加工編程與工藝策略

        2014-12-23 11:34:38高雙虎
        科技視界 2014年2期
        關(guān)鍵詞:切削用量粗加工銑刀

        高雙虎

        (陜西凌云電器集團有限公司,陜西 寶雞 721006)

        在數(shù)控機床上加工零件,編程之前首先考慮的就是工藝問題。因此,加工中的所有工序、工步、每道工序的切削用量、走刀路線、加工余量,以及所用刀具的尺寸、類型等都要預(yù)先確定好并編入程序中。編程之前必須先進行工藝決策,工藝決策是數(shù)控編程的依據(jù)和前提,它決定零件加工程序的正確性及合理性,而且直接影響零件的加工質(zhì)量。

        1 加工階段的劃分

        1.1 粗加工階段

        粗加工一般稱為區(qū)域切除。在此加工階段中,應(yīng)該在公差允許范圍內(nèi)盡可能多地切除材料。比較典型的區(qū)域切除方式是等高切面,即在毛坯上沿著高度方向等距離劃分出數(shù)個切削層,每次切削一個層面的毛坯余量。粗加工階段的主要任務(wù)是切削掉盡可能多的余量,精度保障不是主要目標(biāo),因此,在粗加工階段,一般選用圓柱立銑刀進行加工。選擇圓柱立銑刀的原因是它的圓柱面和端面都有切削刃,它們可同時進行切削,切削效率高。除了考慮切削角度外,選擇刀具的主要參數(shù)是刀具直徑。刀具直徑的選擇原則:一是銑刀半徑RD應(yīng)小于零件內(nèi)輪廓面的最小曲率半徑Rmin,一般取RD=(0.8-0.9)Rmin。二是零件的加工高度H<(1/6-1/4)RD,以保證刀具有足夠的剛度。同時在粗加工階段一般采用行切方式進行切削,產(chǎn)生區(qū)域清除刀具路徑。行切法也稱為平行切削加工,它是指刀具以平行走刀的方式切削工件,可以選擇單向或往復(fù)兩種方式,并且可以指定角度,角度指生成的刀位行與X軸的夾角。行切方式可以靈活地設(shè)定加工角度,以最合適的角度對工件進行加工。在粗加工時,行切法加工具有很高的效率,一般其切削的步距可以達到刀具直徑的70%~90%。

        圖1 行切加工示意圖

        1.2 精加工階段

        對于復(fù)雜的曲面加工,我們可以把加工階段進一步劃分成半精加工和精加工兩個階段,或只劃分成一個精加工階段。精加工階段的主要任務(wù)是滿足加工精度和表面粗糙度要求,而加工余量是非常小的。如果是曲面銑削,一般選取球頭銑刀。球頭銑刀在切削過程中,被加工曲面與銑刀球面的公法線經(jīng)過銑刀球面的球心,使干涉過切現(xiàn)象易于監(jiān)測,切削運動軌跡易于控制,因此在復(fù)雜的曲面數(shù)控加工中,得到廣泛的應(yīng)用。

        除了刀具角度外,球頭銑刀的主要刀具參數(shù)就是球頭直徑參數(shù)。精加工階段可以采用行切方式,也可以采用環(huán)切方式。環(huán)繞切削也稱為環(huán)切法加工,環(huán)繞式的加工方式是以繞著輪廓的方式清除材料,并逐漸加大輪廓,直到無發(fā)放大為止。這樣可減少提刀次數(shù),提高銑削效率。使用環(huán)繞切削方法,生成的刀具軌跡在同一層內(nèi)不抬刀,并且可以將輪廓及島嶼邊緣加工到位。

        2 銑削加工類型

        根據(jù)不同的加工對象,銑削加工類型是不同的,基本上可以劃分為以下四種情況。

        2.1 點位加工

        在點位加工中,刀具從一點到另一點運動時不切削,各點的加工順序一般也沒有要求,只根據(jù)最少換刀次數(shù)原則及路線最短原則,確定加工路線,生成刀具運動軌跡。零件中孔的加工就屬于點位加工,它包括鉆孔,擴孔,鏜孔,攻絲等操作。

        圖2 環(huán)切加工示意圖

        2.2 平面輪廓加工

        平面輪廓零件的輪廓多由直線、圓弧和曲線組成,選用兩軸連動的數(shù)控銑床即可加工。加工時一般采用環(huán)切方式,即刀具沿著某一固定的轉(zhuǎn)向圍繞工件輪廓作環(huán)形運動。最終一環(huán)刀具的運動軌跡是工件輪廓的等距曲線,即將加工輪廓線按實際情況向左或向右偏一個刀具半徑。輪廓精加工編程時采用刀具半徑補償功能,直接按輪廓軌跡編程,并且選為順銑切削模式。

        2.3 型腔加工

        二維型腔是指以平面封閉輪廓為邊界的平底直壁凹坑,二維型腔加工的一般過程是:沿輪廓邊界留出精加工余量,先用平底端銑刀用環(huán)切或行切法走刀,銑去型腔的多余材料,再沿型腔底面和輪廓走刀,精銑型腔底面和邊界外形。型腔加工有兩種方式:一種是環(huán)切方式,另一種是行切方式。型腔的環(huán)切方式與平面輪廓的環(huán)切方式相似,刀具基本上是做與工作輪廓等距離的環(huán)形運動,逐步接近工件,最后一環(huán)是沿工件輪廓向左或右偏離一個刀具半徑的曲線。行切方式,刀具可以按S形或Z形方式走刀,當(dāng)型腔較深時,則要分層進行粗加工,這時還需要定義每一層粗加工的深度以及型腔的實際深度,以便計算需要分多少層進行粗加工。

        2.4 曲面加工

        用于加工具有三維曲面輪廓的零件,采用三坐標(biāo)或三坐標(biāo)以上連動的數(shù)控機床或加工中心加工。曲面加工比較復(fù)雜,根據(jù)加工精度、表面粗糙度要求,曲面加工需要經(jīng)歷粗加工、半精加工、精加工等加工階段,每個階段的切削方式是不同的。根據(jù)曲面形狀的差異,切削方式也是不一樣的。平行式主要用于凸形和凹形工件的加工。徑向式切削適合圓形工件,沿圓工件的中心產(chǎn)生徑向刀具路徑。挖槽式用于型腔類工件。等高外形式適用于凸形和凹形坡度較陡的工件。使用等高外形加工時,可能在工件頂部或曲線處無法切削到,以致留下一些刀痕,可以用淺平面加工加以清除。曲面間交角處的殘屑可用交線清角式清理。殘屑清除式主要清除在以前的加工區(qū),用較大的銑刀銑削時所剩下的余屑材料。

        3 數(shù)控銑削編程工藝要點

        3.1 集中加工工序

        數(shù)控銑削經(jīng)常采用工序集中加工方式,盡可能減少裝夾次數(shù),減小重復(fù)定位誤差。在一次裝夾下,要完成粗、半精和精加工,合理地安排各工序的加工順序,有利于提高加工精度和生產(chǎn)效率。

        3.2 采用分層銑削

        先粗銑去除余量,然后再精銑。在粗加工時可以采用較大的切削用量,在精加工時則采用較小的切削用量和較高的主軸轉(zhuǎn)速。在粗、精加工階段可以編制不同的刀具路徑。

        3.3 多點工件夾持

        在裝夾時對工件的多個部位進行夾持,應(yīng)注意既要保持工件裝夾的穩(wěn)定性,又要考慮到不影響加工中的走刀、進退刀、換刀和中間測量。

        3.4 優(yōu)化加工路線

        盡量減少進、退刀時間和其他輔助時間;銑削零件輪廓時,盡量采用順銑方式,以提高表面精度;進、退刀位置應(yīng)選在不太重要的位置,并且使刀具沿零件的切線方向進刀和退刀,以免產(chǎn)生刀痕;先加工外輪廓,再加工內(nèi)輪廓。

        3.5 合理選擇切削用量

        合理地選擇切削用量,不但可以提高切削效率,還可以提高零件的表面精度。選擇切削用量的原則:粗加工時,一般以提高生產(chǎn)率為主,但也應(yīng)考慮經(jīng)濟性和加工成本;半精加工和精加工時,應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下,兼顧切削效率、經(jīng)濟性和加工成本,影響切削用量的因素有機床的剛度、刀具的使用壽命、工件的材料和切削液。切削用量的具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機床說明書、切削用量手冊,并根據(jù)實際經(jīng)驗確定。

        總而言之,在生產(chǎn)加工時,對于不同的零件必須根據(jù)它的形狀特點、工件的材料、加工的精度和表面粗糙度要求來選擇最佳的加工方法,合理劃分加工階段,選擇合適的加工刀具,確定最優(yōu)的切削用量,計算合理的毛坯尺寸與形狀,確定合理的走刀路線,最終編制出高質(zhì)量的數(shù)控加工程序,以提高數(shù)控加工的質(zhì)量和效率,并降低生產(chǎn)和加工的成本。

        [1]許祥泰,劉艷芳.數(shù)控加工編程實用技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000.

        [2]鄧弈,蘇先輝,肖調(diào)生.Mastercam數(shù)控加工技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004.

        [3]何平.數(shù)控加工中心操作與編程實訓(xùn)教程[M].北京:國防工業(yè)出版社,2006.

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