王啟香

（東莞市電子商貿(mào)學(xué)校，廣東東莞 523573）

0 引言

模具制造具有成本低和環(huán)保效果好等特點(diǎn)，模具水平也是制造業(yè)發(fā)展速度和產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素。作為高新技術(shù)制造產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，模具工業(yè)的發(fā)展水平已經(jīng)成為國(guó)家制造業(yè)現(xiàn)代化水平的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。三軸數(shù)控機(jī)床是傳統(tǒng)模具加工模式下完成工件銑削加工的重要工具，隨著模具制造技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，多軸銑削加工開始逐步取代三軸數(shù)控銑床。通過(guò)對(duì)模具深腔曲面多軸數(shù)控銑削加工技術(shù)進(jìn)行探究，以有效促進(jìn)多軸加工時(shí)加工精度的提升。

1 主要問(wèn)題

（1）工件定位問(wèn)題。從模具生產(chǎn)制造過(guò)程來(lái)看，深腔曲面多軸數(shù)控銑削加工技術(shù)存在著易受外界因素影響的問(wèn)題，主要有：工件尺寸在線檢測(cè)需要大量資金投入；工件在裝夾階段對(duì)夾具和進(jìn)度有不同的要求；對(duì)難以識(shí)別基準(zhǔn)特征的深腔曲面進(jìn)行裝夾時(shí)，需要耗費(fèi)大量時(shí)間，加工效率低等。

（2）數(shù)控機(jī)床技術(shù)問(wèn)題?，F(xiàn)有的技術(shù)水平，使數(shù)控機(jī)床的性能尚未得到充分發(fā)揮。如過(guò)于保守的工藝參數(shù)設(shè)置，給數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)一定阻礙；數(shù)控機(jī)床在運(yùn)行中出現(xiàn)的參數(shù)不匹配問(wèn)題，給機(jī)床性能的發(fā)揮帶來(lái)較大影響。

2 多軸數(shù)控銑削加工技術(shù)的主要影響因素

（1）順削受力方向影響。在多軸數(shù)控銑削加工中，工件所受的軸向分力、切向分力和徑向分力應(yīng)與微元刀刃所受到的分力相等。因而在順銑切削模式應(yīng)用于多軸數(shù)控銑削加工以后，每個(gè)刀齒的切削厚度會(huì)由最大值逐漸降為0。在刀具由切入狀態(tài)向切除狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，順銑削模式可以讓刀具在切入過(guò)程或切出階段承受來(lái)自工件的擠壓力。由此而引發(fā)的“欠刀”現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致切削不徹底的問(wèn)題。在刀具切出以后，如果切出角達(dá)到90°，此時(shí)的切削厚度通常為0。

（2）刀具傾角的影響。球頭刀是多軸數(shù)控銑削加工中常用的一種。在球頭刀前傾角和側(cè)傾角影響下，銑削階段的瞬時(shí)未變形切削厚度與有效切速度之間的變化會(huì)給最大切削力和平均切削力帶來(lái)一定影響。前傾角對(duì)刀具切削力的影響是刀具傾角對(duì)切削力的影響的主要表現(xiàn)。在順銑削模式下，刀具傾角的變化，會(huì)給水平方向的瞬時(shí)未變形切削厚度和垂直方向的瞬時(shí)未變形切削厚度帶來(lái)一定變化。假定前傾角不為零，順銑削的有效切削速度和瞬時(shí)未變形切削厚度之間存在著一定差異性，因而在切削力存在差異性情況下，相關(guān)人員需要采用逆銑削加工模式。此時(shí)刀具一方面在沿著水平反向進(jìn)行水平運(yùn)動(dòng)，另一方面在垂直方向進(jìn)行進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。不僅給深腔曲面多軸數(shù)控銑削加工切削力帶來(lái)影響，也會(huì)影響機(jī)床的加工效率和加工質(zhì)量。

3 多軸數(shù)控銑削技術(shù)的改進(jìn)措施

3.1 合理確定設(shè)計(jì)變量

（1）從多軸數(shù)控銑削加工過(guò)程來(lái)看，加工刀具的參數(shù)變量涉及到刀具傾角、切削寬度、切削速度等多種因素。假定垂直刀具軸線方向的切削量逐漸變大，設(shè)備的切削穩(wěn)定性會(huì)表現(xiàn)出逐漸下降的特點(diǎn)。設(shè)備切削穩(wěn)定性問(wèn)題的出現(xiàn)，會(huì)引發(fā)刀具變形幅度增加。例如，在刀具傾角為40°情況下，刀具變形相對(duì)較小，但在30°～40°時(shí)，刀具會(huì)表現(xiàn)出表面粗糙度最佳的特點(diǎn)，此時(shí)需要通過(guò)對(duì)主軸轉(zhuǎn)速與每齒進(jìn)給量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置的方式，對(duì)設(shè)備的加工目標(biāo)要求給予滿足。

（2）在對(duì)模具深腔曲面多軸數(shù)控洗削加工技術(shù)進(jìn)行分析后，可以通過(guò)構(gòu)建銑削力模型的方式，對(duì)順銑、逆向?qū)ζ筋^銑刀和球頭刀的影響進(jìn)行分析，進(jìn)而讓在對(duì)相關(guān)的銑削厚度模型和銑削力模型進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，將銑削方法、銑削刀具傾角等因素對(duì)刀具受力變形的影響進(jìn)行分析。

3.2 刀具的路徑優(yōu)化

（1）順銑和逆銑是深腔曲面數(shù)控加工中常用的銑削方法。“讓刀”現(xiàn)象既有可能出現(xiàn)在順銑，也有可能出現(xiàn)在逆銑過(guò)程。刀具“欠切量”主要涉及因素是：設(shè)備的切削力，以及刀具的材料、直徑和伸出長(zhǎng)度等。為保障模具深腔曲面多軸失控銑削加工的精度，需要應(yīng)用變形量相對(duì)較小的銑削工具。在主軸轉(zhuǎn)速、刀具進(jìn)給和刀具傾角等參數(shù)條件相同的情況下，根據(jù)幾何軌跡包絡(luò)研究和結(jié)果分析，逆銑表面粗糙度在精加工環(huán)境下要高于順銑。因此，可以借助順銑提升加工精度，利用逆銑獲取理想的表面粗糙度。

（2）在忽視順銑、逆銑的情況下，垂直側(cè)壁的走刀方式主要由垂直上坡模式、垂直下坡模式、等高上坡模式和登高下坡模式組成。4種走刀方式分別涉及到正前傾角、負(fù)前傾角、正側(cè)傾角和負(fù)側(cè)傾角等參數(shù)。不同的走刀方式在切削力、切削速度和表面粗糙度上有一定的差異性。因此，在刀具傾斜角相同的情況下，等高上坡和垂直上坡是較為理想的走刀方式。

（3）在型腔加工階段，如果使用垂直上坡銑削方式，在進(jìn)刀點(diǎn)位于型腔底部、出刀點(diǎn)位于型腔頂部時(shí)，上一刀路的出刀點(diǎn)和當(dāng)前刀路的進(jìn)刀點(diǎn)之間會(huì)存在空刀問(wèn)題，空刀時(shí)間的增加，會(huì)給多軸數(shù)控銑削加工的工作效率帶來(lái)不利影響。如果在型腔加工階段采用的是登高上坡加工方式，則上一刀路的出發(fā)點(diǎn)會(huì)成為下一刀路的入刀點(diǎn)，這一加工方式的應(yīng)用，可以在減少空刀量的基礎(chǔ)上，提升數(shù)控系統(tǒng)的加工效率。

3.3 模具深腔加工誤差分析

（1）模具深腔精加工環(huán)節(jié)與半精加工環(huán)節(jié)所使用的數(shù)控機(jī)床的精度相對(duì)較高。因機(jī)床本身和熱變形問(wèn)題所引發(fā)的加工誤差值相對(duì)較小，因而刀具的長(zhǎng)度和半徑補(bǔ)償功能，可以讓刀具尺寸變化對(duì)加工精度的影響得到有效控制。多軸數(shù)控銑削加工中的熱縮刀具系統(tǒng)變形問(wèn)題，則成為了加工誤差問(wèn)題的主要因素。

（2）球頭刀是曲面加工過(guò)程中常用的工具。首先在曲面加工過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)走刀方向?qū)⑶骐x散成不同的刀位點(diǎn)，進(jìn)而在對(duì)各個(gè)刀位點(diǎn)進(jìn)行連接的基礎(chǔ)上構(gòu)建刀具路徑。其次，刀具在切削過(guò)程中，可以沿刀具路徑形成加工表面。在切削力所產(chǎn)生的加工誤差的影響下，刀具、工件的實(shí)際接觸點(diǎn)與名義接觸點(diǎn)之間存在著一定的差異性。在對(duì)加工曲面法線與刀具軸線的受力變形情況進(jìn)行分析后，發(fā)現(xiàn)刀具的徑向剛度要遠(yuǎn)小于軸向剛度，因而在深腔加工的過(guò)程中，可以利用切削力獲取刀具的變形情況，既是預(yù)測(cè)加工誤差的有效方式，也可以在對(duì)預(yù)測(cè)的加工誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)上，提高加工的深度。

4 模具深腔曲面多軸數(shù)控加工技術(shù)的展望

（1）從深腔曲面多軸數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，在對(duì)切削條件對(duì)銑削力的影響進(jìn)行充分考慮以后，球頭銑刀銑削力問(wèn)題的研究工作會(huì)得到進(jìn)一步深化。因?yàn)榍邢髡駝?dòng)是銑削加工中的常見(jiàn)問(wèn)題。

（2）高速加工技術(shù)的應(yīng)用，需要重視加工過(guò)程的切削振動(dòng)問(wèn)題。曲面銑削中的改變切削幾何條件對(duì)表面粗糙度和切削振動(dòng)的影響，已成為切削加工研究領(lǐng)域不可忽視的問(wèn)題。物理仿真環(huán)境下的刀具軌跡優(yōu)化研究工作的開展，可以為銑削加工工藝的進(jìn)步提供幫助。

工件定位和數(shù)控機(jī)床技術(shù)是多軸數(shù)據(jù)加工中的重要問(wèn)題，做好設(shè)計(jì)變量的合理確定、刀具路徑的優(yōu)化和深腔加工誤差分析，可以讓深腔曲面多軸數(shù)控加工技術(shù)的加工深度得到有效提升。

［1］王樂(lè)文.模具深腔曲面多軸數(shù)控銑削加工技術(shù)探析［J］.南方農(nóng)機(jī)，2017，48（2）：78.

［2］張琦，馬艷花.模具深腔曲面多軸數(shù)控銑削加工技術(shù)［J］.南方農(nóng)機(jī)，2015（11）：57.

［3］李玉煒.模具深腔曲面多軸數(shù)控銑削加工技術(shù)研究［D］.廣州：廣東工業(yè)大學(xué)，2015.