型腔銑削工藝

1、58 型腔銑削工藝、編程圖5-8-1含有矩形型腔結(jié)構(gòu)的零件圖581型腔銑削加工的內(nèi)容、要求型腔是CNC銑床、加工中心中常見的銑削加工內(nèi)結(jié)構(gòu)。銑削型腔時(shí)，需要在由邊界線確定的一個(gè)封閉區(qū)域內(nèi)去除材料，該區(qū)域由側(cè)壁和底面圍成，其側(cè)壁和底面可以是斜面、凸臺、球面以及其他形狀。型腔內(nèi)部可以全空或有孤島。對于形狀比較復(fù)雜或內(nèi)部有孤島的型腔則需要使用計(jì)算機(jī)輔助（CAM）編程。本節(jié)討論的型腔加工指由垂直側(cè)壁輪廓和水平底面圍成的規(guī)則型腔，如圖5-8-1。型腔的主要加工要求有：側(cè)壁和底面的尺寸精度，表面粗糙度，二維平面內(nèi)輪廓的尺寸精度。582 型腔銑削方法對于較淺的型腔，可用鍵槽銑刀插削到底面深度，先銑型腔的中間

2、部分，然后再利用刀具半徑補(bǔ)償對垂直側(cè)壁輪廓進(jìn)行精銑加工。對于較深的內(nèi)部型腔，宜在深度方向分層切削，常用的方法是預(yù)先鉆削一個(gè)到所需深度孔，然后再使用比孔尺寸小的平底立銑刀從Z向進(jìn)入預(yù)定深度，隨后進(jìn)行側(cè)面銑削加工，將型腔擴(kuò)大到所需的尺寸、形狀。型腔銑削時(shí)有兩個(gè)重要的工藝考慮：刀具切入工件的方法；刀具粗、精加工的刀路設(shè)計(jì)。583 刀具選用適合于型腔銑削的刀具有平底立銑刀、鍵槽銑刀，型腔的斜面、曲面區(qū)域要用R刀或球頭刀加工。型腔銑削時(shí)，立銑刀是在封閉邊界內(nèi)進(jìn)行加工。立銑刀加工方法受到內(nèi)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的限制。立銑刀對內(nèi)輪廓精銑削加工中，其刀具半徑一定要小于零件內(nèi)輪廓的最小曲率半徑，刀具半徑一般取內(nèi)輪廓最小曲率

3、半徑的0.80.9倍。粗加工時(shí)，在不干涉內(nèi)輪廓的前提下，盡量選用直徑較大的刀具，直徑大的刀具比直徑小的刀具的抗彎強(qiáng)度大，加工中不容易引起受力彎曲和振動(dòng)。在刀具切削刃（螺旋槽長度）滿足最大深度的前提下，盡量縮短刀具從主軸伸出的長度和立銑刀從刀柄夾持工具的工作部分中伸出的長度，立銑刀的長度越長，抗彎強(qiáng)度減小，受力彎曲程度大，會影響加工的質(zhì)量，并容易產(chǎn)生振動(dòng)，加速切削刃的磨損。584 型腔銑削的路線設(shè)計(jì)1型腔銑削加工的刀具引入方法與外輪廓加工不同，型腔銑削時(shí)，要考慮如何Z向切入工件實(shí)體的問題。通常刀具Z向切入工件實(shí)體有如下幾種方法：使用鍵槽銑刀沿Z軸垂直向下進(jìn)刀切入工件； 先預(yù)鉆一個(gè)孔，再用直徑比孔

4、徑小的平底立銑刀切削；斜線進(jìn)刀及螺旋進(jìn)刀。斜線進(jìn)刀及螺旋進(jìn)刀，都是靠銑刀的側(cè)刃逐漸向下銑削而實(shí)現(xiàn)向下進(jìn)刀的，所以這兩種進(jìn)刀方式可以用于端部切削能力較弱的端銑刀向下進(jìn)給。2型腔銑削水平方向刀具路線（a） （b） （c）圖5-8-2銑切內(nèi)腔的三種走刀路線比較常見的型腔粗加工路線有：Z形走刀路線，如圖5-8-2（a），刀具循Z字形刀路行切，粗加工的效率高；相鄰兩行走刀路線的起點(diǎn)和終點(diǎn)間留下凹凸不平的殘留，殘留高度與行距有關(guān)。環(huán)切走刀路線。如圖5-8-2（b）為環(huán)繞切削，加工余量均勻穩(wěn)定，有利于精加工時(shí)工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而得到高的表面質(zhì)量，但刀路較長，不利于提高切削效率。先用行切法粗加工，后環(huán)切一周

5、半精加工。如圖5-8-2（C），把Z字形運(yùn)動(dòng)和環(huán)繞切削結(jié)合起來用一把刀進(jìn)行粗加工和半精加工是一個(gè)很好的方法，因?yàn)樗辛藘烧叩膬?yōu)點(diǎn)，有利于提高粗加工效率，有利于保證精加工加工余量均勻，從而保證精切削時(shí)工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性。585 型腔銑削用量粗加工時(shí)，為了得到較高的切削效率，選擇較大的切削用量，但刀具的切削深度與寬度應(yīng)與加工條件（機(jī)床、工件、裝夾、刀具）相適應(yīng)。實(shí)際應(yīng)用中，一般讓Z方向的吃刀深度不超過刀具的半徑；直徑較小的立銑刀，切削深度一般不超過刀具直徑的13。切削寬度與刀具直徑大小成正比，與切削深度成反比，一般切削寬度取 0.60.9刀具直徑。值得注意的是：型腔粗加工開始第一刀，刀具為全寬切削

6、，切削力大，切削條件差，應(yīng)適當(dāng)減小進(jìn)給量和切削速度。精加工時(shí)，為了保證加工質(zhì)量，就避免工藝系統(tǒng)受力變形和減小震動(dòng)，精加工切深應(yīng)小，數(shù)控機(jī)床的精加工余量可略小于普通機(jī)床，一般在深度、寬度方向留0.20.5mm余量進(jìn)行精加工。精加工時(shí)，進(jìn)給量大小主要受表面粗糙度要求限制，切削速度大小主要取決于刀具耐用度。586型腔銑削加工實(shí)例1型腔銑削的加工任務(wù)如圖5-8-1所示型腔，側(cè)壁輪廓垂直，底面水平。矩形封閉區(qū)域大小：寬40，長55，深5，內(nèi)輪廓最小曲率半徑R4。內(nèi)輪廓尺寸有IT8尺寸公差等級要求，形位公差等級達(dá)IT8級，表面粗糙度達(dá)Ra3.2m，底面有Ra6.3m表面粗糙度要求。型腔輪廓X、Y向?qū)ΨQ，處

7、于X、Y向的對稱面為X、Y向基準(zhǔn)，因此選用型腔中心作為X、Y向的工件零點(diǎn)。假設(shè)上表面已經(jīng)過精加工，選工件上表面為Z向零點(diǎn)。2刀具選擇：圖5-8-1零件圖中，矩形型腔的四個(gè)角都有圓角，圓角的半徑限定刀具的半徑選擇，圓角的半徑大于或等于所用精加工刀具的半徑。本例中圓角為4，使用8鍵槽銑刀用于粗加工，但精加工中刀具半徑應(yīng)略小于圓角半徑，以便于刀具能通過半徑補(bǔ)償切削輪廓，精加工選用6的立銑刀比較合理。因此確定粗加工刀具直徑8，精加工刀具直徑6，刀具材料為高速鋼。3加工方法及余量分析圖5-8-3 XY向余量分配設(shè)計(jì)型腔分粗、半精、精加工階段加工，粗加工完成53×38的區(qū)域，型腔粗加工留下的單邊

8、1加工余量，包括精加工余量和半精加工余量。精加工單邊余量S=0.5，半精加工單邊余量C=0.5。如圖5-8-3所示。設(shè)計(jì)粗加工讓刀具沿Z字形路線在封閉區(qū)域內(nèi)來回運(yùn)動(dòng)，是一種高效的粗加工方法，但粗加工刀具沿Z字形路線來回運(yùn)動(dòng)在加工表面上留下扇形殘留量，切削余量不均勻時(shí)很難保證精加工的加工質(zhì)量，因此需要半精加工，其目的是為了消除扇形殘留量。如圖5-8-4所示從Z形刀路粗加工后，接著開始半精加工，刀具路徑環(huán)繞一周，留下了均勻的單邊0.5精加工余量。型腔Z向深度為10mm，考慮到加工刀具直徑較小，Z向分4每層粗切，每層2.5mm。4粗加工路線設(shè)計(jì)（a）Z形刀路粗加工 （b）環(huán)繞刀路半精加工圖5-8-4

9、 內(nèi)腔銑切的粗、半精加工路線(1) 切入方法及切入點(diǎn)：設(shè)計(jì)粗加工區(qū)域?yàn)?3×38的矩形區(qū)域，刀具切入工件的點(diǎn)有兩個(gè)位置比較實(shí)用：型腔中心、型腔拐角圓心。本例8的刀具起點(diǎn)設(shè)在如圖5-8-4a所示的起點(diǎn)位置，該點(diǎn)處在粗加工切削區(qū)域左下角，刀具與區(qū)域的兩邊相切。在如圖5-8-1所示的工件坐標(biāo)系中，起點(diǎn)坐標(biāo)是：X-22.5，Y-15。(2) Z形刀路間距值型腔沿Z形刀路粗加工后留下扇形殘留量的大小與兩次切削之間的間距（Z形刀路間距）有關(guān)，型腔粗加工中的間距也就是刀具切入材料的寬度。Z形刀路的相鄰兩刀應(yīng)有一定的重疊部分，Z形刀路間距通常為刀具直徑的70%90%左右。如圖5-8-4a，Y向以Z形

10、刀路間距Q為單位進(jìn)行N次數(shù)進(jìn)給，最終型腔粗加工區(qū)域被切除，則有：Q×N=382×4=30式中：“38”為粗加工區(qū)域?qū)挾?；?”為粗加工的刀具半徑。 本例設(shè)計(jì)Y向以Z形刀路間距為單位的進(jìn)給次數(shù)是5，Z形刀路間距為Q，則有：Q×5=(382×4) 得：Q=6。間距6為8的立銑刀直徑的75%，對于8的立銑刀來說比較合適。(3) Z形刀路切削長度 如圖5-8-4a，粗加工時(shí)Z形刀路的X向進(jìn)給增量為： 532×445(4) 半精加工切削的長度和寬度由于半精加工與粗加工在本例中使用同一把刀具，因此粗加工后刀具開始進(jìn)行半精加工，由于X、Y向的半精加工余量為0

11、.5，本例中，粗加工的最后刀具位置在型腔的左上角坐標(biāo)為：（X-22.5，Y15）的點(diǎn)位，經(jīng)過“G91G1X-0.5Y0.5”的增量移動(dòng)，就可到達(dá)在型腔的左上角的半精加工的起點(diǎn)。如圖5-8-4b所示在半精加工區(qū)域內(nèi)，刀具刀位點(diǎn)經(jīng)AB、BC、CD、DA直線進(jìn)給留下了單邊0.5精加工余量。圖5-8-5內(nèi)腔銑切精加工路線(5) 精加工刀具路徑粗加工和半精加工完成后，可以使用另一把刀具6進(jìn)行精加工并得到最終尺寸。選擇輪廓中心點(diǎn)作為加工起點(diǎn)位置。精加工切削中，應(yīng)該使用刀具半徑偏置功能，這主要是為了在加工調(diào)試時(shí)，可以通過調(diào)整半徑補(bǔ)償值保證尺寸公差的要求。由于刀具半徑補(bǔ)償不能在圓弧插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)中啟動(dòng)，因此必須添加

12、建立和取消半徑補(bǔ)償?shù)闹本€運(yùn)動(dòng)，以及切入、切出輪廓的圓弧。引導(dǎo)圓弧半徑的計(jì)算，與上一節(jié)中封閉槽精加工路線設(shè)計(jì)完全一樣的方法：圖5-8-5所示為矩形型腔的典型精加工刀具路徑(起點(diǎn)在型腔中心)。 本例中矩形型腔寬度相對刀具直徑較大可以用下面的方法計(jì)算： Ra=w÷4=40÷4=10。引入圓弧半徑為Ra=10，則P點(diǎn)坐標(biāo)為（X-22.5，Y15），Q點(diǎn)坐標(biāo)為（X-22.5，Y15）5粗、精切削時(shí)切削用量粗加工時(shí)，8的鍵槽銑刀，有2個(gè)刀齒(Z=2)，鍵槽銑刀粗銑削Z向切深2.4；側(cè)向最大切深68選fZ=0.1，選V=20m/min，則主軸轉(zhuǎn)速S=318×20/8800r/m

13、in，計(jì)算進(jìn)給速度F=fZ×Z×S=0.1×2×800150/min，刀具在全齒切削時(shí)取F=100/min。立銑刀半精銑削時(shí)，側(cè)向最大切深0.5，切削力大為減少，取S=1000 r/min；F=200/min。立銑刀精銑削時(shí)，側(cè)向最大切深0.5，切削力很小，但要保證表面質(zhì)量，取S=1200 r/min；F=100/min。6型腔銑削編程完成以上工藝分析和計(jì)算后，便可對型腔進(jìn)行編程了(程序O5801)。程序選用一把8的鍵槽銑刀作為粗加工刀具且能進(jìn)行垂向切削，一把6立銑刀，用于精加工。主程序O5801粗加工、半精加工子程序O5811精加工子程序O5812O5

14、801(8粗加工鍵槽銑刀)G21 G17 G40 G80 T01；S1250 M03G90 G54 G00 X-22.5 Y-15；G43 Z5 H01 M08；G1 Z0. F100；M98 P5811 L4G90 G00 Z5. M09；G28 G49 Z5. M05；M01；(手裝T026精加工立銑刀) ； G90 G54 G00 X0.Y.0 S1500 M03 ；G43 Z5. H02 M08；G01 Z-10. F200；M98 P5812G90 G00 Z5. M09；G28 G49 Z5.M05；M30；O5811G91 G01 Z-2.5 F50；(Z向切入實(shí)體)G91 X45. F100； (全齒切削)Y6. F100； (Y向步距進(jìn)給)X-45. F150； Y6. F100； X45.F150； Y6.F100； X-45.F150； Y6.F100；X45.F150； Y6.F100； X-45. F150； (Z形粗切終點(diǎn))X-0.5 Y0.5； (半精加工起點(diǎn))Y-31.； (AB切削)X46.； (BC切削)Y31.； (CD切削)X-46