孫中柏

摘 要：立銑刀是數(shù)控機(jī)床上用得最多的一種銑刀，立銑刀的圓柱表面和端面上都有切削刃，它們可同時進(jìn)行切削，也可單獨進(jìn)行切削。主要用于平面銑削、凹槽銑削、臺階面銑削和仿形銑削。立銑刀在切削過程中容易產(chǎn)生紋路，俗稱刀紋，從而影響零件的表面質(zhì)量，針對智能制造生產(chǎn)中立銑刀產(chǎn)生紋路的主要原因進(jìn)行深度剖析，并提出具體的解決方法。

關(guān)鍵詞：智能制造；立銑刀；紋路；解決方法

中圖分類號：TD534；TD547 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.04.002

常用立銑刀一般以三刃和四刃右旋為主，螺旋角多以30°、45°、60°最為常見，也有其它定制角度和螺旋方向的刀具，例如0°螺旋角的刀具（成形刀居多）主要用于高光面加工。以下將從立銑刀加工側(cè)面和立銑刀加工平面進(jìn)行刀紋產(chǎn)生的原因分析并給出具體解決方法。

1 立銑刀加工側(cè)面產(chǎn)生紋路的原因及解決方法

立銑刀加工側(cè)面產(chǎn)生紋路的主要原因有：每齒進(jìn)給量的大小、刀具刃口微創(chuàng)傷、進(jìn)給速度不均勻、機(jī)械振動等。

1.1 每齒進(jìn)給量對側(cè)面紋路的影響

在加工零件側(cè)面時，工件表面會形成很多凹圓弧拼接而成的紋路，是由每個側(cè)刃交替切削形成。如圖1所示，在相同的主軸轉(zhuǎn)速下，使用不同的進(jìn)給量分別加工出的3層側(cè)面。

從圖1可以看出降低進(jìn)給速度或提高主軸轉(zhuǎn)速可提高表面光潔度，即每齒進(jìn)給量越小，粗糙度越小。在正常的每齒進(jìn)給量下，表面殘留的高度都在幾微米以內(nèi)。而在刀具的安裝過程中可以發(fā)現(xiàn)，因為主軸錐孔的徑向跳動，彈簧夾頭與刀柄的同軸度等誤差，都會導(dǎo)致在實際加工時，刀具的每條側(cè)刃切深不在一個平面上，使得實際的殘留面高度如同單刃銑刀加工出來的。一把普通BT30刀柄夾持四刃立銑刀時四條側(cè)刃的最大徑向誤差達(dá)到33 μm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于加工所需要達(dá)到的理論殘留面高度，如圖2所示，直接影響到工件的表面質(zhì)量。因此在智能制造生產(chǎn)中要選擇相應(yīng)的高速刀柄，使用正確的刀具安裝方法。

1.2 刀具刃口微創(chuàng)傷對側(cè)面紋路的影響

若在工件表面上沿著加工方向有明顯的拉絲痕跡，一般由損傷的刀具刃口導(dǎo)致，應(yīng)及時更換刀具。若在工件表面上沿著加工方向有明顯的灰色毛刺痕跡，一般由后刀面磨損或黏刀導(dǎo)致，應(yīng)更換刀具或加大切削液的流量和濃度。

1.3 進(jìn)給速度不均勻?qū)?cè)面紋路的影響

若XY兩軸合成運動加工的側(cè)面出現(xiàn)深淺不規(guī)則的豎條紋，如圖3所示，大多是因為進(jìn)給速度不均勻所致，適當(dāng)提高伺服驅(qū)動器的速度環(huán)比增益即可。

1.4 機(jī)械振動對側(cè)面紋路的影響

若被加工表面上的豎條紋扭曲或不連續(xù)，主要是振動引起的不流暢切削導(dǎo)致。

1.4.1 主軸振動

主軸在個別轉(zhuǎn)速下有較明顯的振動，該振動導(dǎo)致刀具的每個刃出現(xiàn)不均勻切削，從而使工件表面粗糙度變差。應(yīng)該檢查機(jī)械裝配精度及軸承有無異響等情況，同時優(yōu)化驅(qū)動器陷波功能對共振點進(jìn)行抑制。

1.4.2 刀具振動

在進(jìn)行輪廓加工時，刀具會在內(nèi)拐角處產(chǎn)生很深的螺旋狀刀紋。該現(xiàn)象是由于銑刀在平面上吃刀量小于刀具直徑，加工側(cè)壁向內(nèi)側(cè)拐彎時由于吃刀量突然增加導(dǎo)致的“彈刀”。

解決刀具振動方法如下：

（1）增加刀具剛度：縮短刀具夾持長度、更換強(qiáng)力刀柄、短切削刃的刀具。

（2）減小側(cè)向力：更換大螺旋角和刃數(shù)多的刀具、減小XY平面的吃刀量、Z向分層加工。

（3）系統(tǒng)在拐角處降速：增大加減速時間常數(shù)和陡度時間常數(shù)，減小拐角降速比例，使系統(tǒng)在拐角時緩慢過渡。

（4）CAM后處理時勾選“拐角降速”一類的選項，降低拐角處的給定進(jìn)給速度。

（5）CAM后處理時使用“擺線銑”一類的等體積加的方法。

2 立銑刀加工平面產(chǎn)生紋路的原因及解決方法

一般情況下立銑刀底部的橫刃不過中心，因此不能進(jìn)行Z向的切入銑，只能從工件外部進(jìn)刀或螺旋試下刀及斜插試下刀（也叫坡走下刀）。立銑刀加工平面產(chǎn)生紋路主要有常見立銑刀底紋以及刀具顫振引起的底紋。

2.1 常見立銑刀底紋

刀具在勻速前進(jìn)過程中，刀身會略微彎曲（前傾），正常情況下這種彎曲不足以使刀尖在旋轉(zhuǎn)到后方時離開工件表面，從而產(chǎn)生掃尾痕跡，即“回頭紋”。

當(dāng)切削力較大時，刀尖旋轉(zhuǎn)到后方時會離開工件表面。只會在工件表面上留下前部切削的刀紋。若進(jìn)給速度突然發(fā)生變化或切削力方向變化時，刀具在卸力的瞬間恢復(fù)后方的切削，導(dǎo)致工件表面產(chǎn)生一個圓環(huán)狀的刀紋，如圖4所示，可通過降低進(jìn)給速度、增加拐角處程序圓弧的大小或增加系統(tǒng)參數(shù)中的加減速時間常數(shù)解決。

2.2 刀具顫振引起的底紋

不論是連續(xù)的小線段或是長直線及圓弧軌跡，都會出現(xiàn)明暗交疊的圓環(huán)狀的刀紋，像一層層波浪。以下是刀具顫振引起底紋的原因及解決方法：

2.2.1 穩(wěn)固性太差

解決穩(wěn)固性太差的方法如下：

（1）保證機(jī)床水平，所有的6個地腳牢固安裝，地面厚實抗振。

（2）保證工件的有效固定及夾具的結(jié)構(gòu)剛度，避免過大的懸伸和薄壁。

（3）保證刀柄的剛性，檢查彈簧夾頭和刀柄錐面是否磨損，并且測量安裝刀具后的徑向跳動，各連接部分是否有鐵屑?xì)埩簦ＷC錐面間的有效貼合面積，安裝刀具時ER加緊螺母是否達(dá)到有效鎖緊扭矩。

（4）保證刀具的剛性，減小刀具的懸伸量，更換多刃刀具或定制的短刃刀具。

2.2.2 驅(qū)動性能原因

解決驅(qū)動性能的方法如下：

（1）避免進(jìn)給軸使用較高的臨界增益值引起的振蕩，以及較小的濾波參數(shù)引起的系統(tǒng)不穩(wěn)定。

（2）指令加速度過大引起的脅迫振動，應(yīng)增加指令平滑周期、增大加減速時間、降低向心加速度等。

（3）避開或抑制主軸共振點。

2.2.3 不合理的切屑參數(shù)

解決不合理切屑參數(shù)的方法如下：

（1）降低切削速度。

（2）提高進(jìn)給量。

（3）改變切削深度。

3 結(jié)束語

在智能制造生產(chǎn)中，刀紋的產(chǎn)生會直接影響工件的表面質(zhì)量，但刀紋也不可能直接消除，只能通過各種途徑來減少刀紋的產(chǎn)生。在智能制造生產(chǎn)中使用到的刀具種類也是非常繁多，本文僅針對常用的立銑刀在加工過程中產(chǎn)生紋路進(jìn)行了分析及提出解決方法。生產(chǎn)加工中的零件表面質(zhì)量，主要涉及的方面是表面層幾何微觀形狀誤差以及表面層的物理機(jī)械性能。而在實際生產(chǎn)過程中，對相關(guān)的工藝流程進(jìn)行強(qiáng)化，使用相關(guān)工藝手段，對加工細(xì)節(jié)做到完善，通過保證零件表面粗糙度來防止零件使用性能受到表面加工質(zhì)量的影響。

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