铣削曲面应注意的问题

李　彪

摘要：在数控铣削加工中，铣削曲面相对来说是比较复杂的，因为在加工过程中需要注意的问题比较多，本文在此做以说明。

关键词：精铣；加工

1粗铣加工

粗铣是指在加工可行的情况下，最大限度的把多余的量加工掉，并给半精加工或精加工留有一定的加工余量，所以，粗铣时应根据被加工曲面给出的余量，用立铣刀按等高面一层一层地铣削，这种粗铣方法效率比较高。粗铣后的曲面类似于山坡上的梯田。而台阶的高度视粗铣精度不同而定。粗加工给半精加工的余量一般为0.5～1mm。

2 半精铣加工

半精铣是指在粗铣的基础上，再加工掉一些余量，使被加工表面更接近于理论曲面，加工时要注意留有精加工余量，即半精铣的目的是铣掉“梯田”的台阶，从而使加工余量进一步减少，达到更加接进实际形状，采用球头铣刀或圆弧刀加工时，一般为精加工工序留出0.2～0.5㎜左右的精加工余量。半精加工的行距和步长可比精加工大。所以，我们在选择切削参数时，切削深度和进给速度都要比精加工时要大些。

3 精铣加工

精加工是指在半精加工的基础上，通过刀具的运动最终加工出理论曲面，此时为我们所要的结构形状和尺寸，并保证所允许的精度，包括尺寸精度、形状和位置精度和表面粗糙度。用球头铣刀精加工曲面时，一般用行切法。对于开敞性比较好的零件而言，行切的接近点应选在曲面的外面，即在编程时，应把曲面向外延伸一些，球头刀应由边界外开始加工。对开敞性不好的零件表面，由于折返时，切削速度的变化，很容易在已加工表面上及阻挡面上，留下由停顿和振动产生的刀痕。所以在加工和编程时，一是要在折返时降低进给速度，二是在编程时，被加工曲面折返点应稍离开阻挡面。对曲面与阻挡面相贯线应单作一个清根程序另外加工，这样就会使被加工曲面与阻挡面光滑连接，而不致产生很大的刀痕。并且精铣时，我们通常采用顺铣，铣削精度比较高，以减少零件被加工表面粗糙度的值。

4 球头铣刀

球头铣刀在铣削曲面时，其刀尖处的切削速度很低，如果用球刀垂直于被加工面铣削比较平缓的曲面时，球刀刀尖切出的表面质量比较差，所以应适当地提高主轴转速，另外还应避免用刀尖切削，目的是减少刀具磨损和避免加工出质量比较差的表面。

5 平底圆柱铣刀

平底圆柱铣刀有两种，一种是端面有顶尖孔，其端刃不过中心。另一种是端面无顶尖孔，端刃相连且过中心。在铣削曲面时，有顶尖孔的端铣刀绝对不能像钻头似的向下垂直进刀，除非预先钻有工艺孔，否则会把铣刀顶断。如果用无顶尖孔的端刀时可以垂直向下进刀，但由于刀刃角度太小，轴向力很大，所以也应尽量避免。最好的办法是向倾斜方向下刀或螺旋下刀，进到一定深度后再用侧刃横向切削。在铣削凹槽面时，可以预钻出工艺孔以便下刀。用球头铣刀垂直进刀的效果虽然比平底的端铣刀要好，但也因轴向力过大、影响切削效果的缘故，最好不使用这种下刀方式。

6 加工路线

在机械加工中，常会遇到各种曲面类零件，如模具、叶片螺旋桨等。由于这类零件型面复杂，需用多坐标联动加工，因此多采用数控铣床、数控加工中心进行加工。在直纹面加工的加工中，对于边界敞开的直纹曲面，加工时常采用球头刀进行“行切法”加工，即刀具与零件轮廓的切点轨迹是一行一行的，行间距按零件加工精度要求而确定，可采用两种加工路线。一种是横向，每次沿直线加工，刀位点计算简单，程序少，加工过程符合直纹面的形成，可以准确保证母线的直线度。另一种是纵向，符合这类零件数据给出情况，便于加工后检验，叶形的准确度高，但程序较多。由于曲面零件的边界是敞开的，没有其它表面限制，所以曲面边界可以延伸，球头刀应由边界外开始加工。在曲面轮廓加工中，立体曲面加工应根据曲面形状、刀具形状以及精度要求采用不同的铣削方法。两坐标联动的三坐标行切法加工X、Y、Z三轴中任意二轴作联动插补，第三轴做单独的周期进刀，称为二轴半坐标联动。将X向分成若干段，圆头铣刀沿YZ面所截的曲线进行铣削，每-段加工完成进给ΔX，再加工另一相邻曲线，如此依次切削即可加工整个曲面。在行切法中，要根据轮廓表面粗糙度的要求及刀头不干涉相邻表面的原则选取ΔX。行切法加工中通常采用球头铣刀。球头铣刀的刀头半径应选得大些，有利于散热，但刀头半径不应大于曲面的最小曲率半径。

7数学处理

第一种情况是在2.5坐标铣床上两坐标联动行切加工，在此情况下，球头刀中心轨迹为一平面折线，但刀刃与某行曲面的切点的连线则为一空间折线。这是由于切点在球头刀上的位置是随着曲率变化情况而改变的，为了避免铣切时产生“干涉”(过切)，行切时要随着曲率变化情况有意识地在Z方向加一增量，其加工结果会在曲面上留下扭曲的沟纹。第二种情况是在3坐标数控铣床上进行3坐标联动加工，在这种情况下，球头刀的中心轨迹为一空间折线，而刀刃与某行曲面的切点连线则为一平面折线，加工后在曲面上留下的是较规则的沟纹。由于数控铣削曲面时，往往要求提供出球头铣刀的中心运动轨迹，有时又由于零件的内外形(如成型模具的凹、凸模)，也存在着一个料厚问题，因此，仅有曲面数据还是解决不了加工问题，常常需要在提供的原曲面数据的情况下，再建立起供编程加工用的等距曲面。由于空间曲面一般都采用行切法加工，故无论采用3坐标还是2坐标联动铣削，都必须计算或确定行距和步长，并且在粗加工、半精加工和精加工时取值各不相同。

8铣削力

在圆弧曲面铣削加工中，为了控制在多轴机床上对圆弧曲面进行精确的铣削加工,建立了铣削力解析模型。在加工过程中为了保证加工的精度,铣刀与被加工表面之间保持垂直,这就造成了瞬时未变形切屑厚度在铣刀轴线方向上是一个变量。因此，圆弧曲面铣削加工是一个动态切削过程。将铣刀沿轴线方向划分成若干微段,每个微段的切削看作一个稳态切削,根据已有的稳态过程铣削力模型,可以得到在每个微段上单位铣削力模型,然后沿轴线方向积分得到圆弧曲面铣削加工铣削力解析模型。通过实验,验证了该模型的有效性。

9 修锉余量

在模具型腔铣削时，应根据加工表面的粗糙度适当掌握修锉余量。对于铣削比较困难的部位，如果加工表面粗糙度较差，应适当多留些修锉余量；而对于平面、直角沟槽等容易加工的部位，应尽量降低加工表面粗糙度值，减少修锉工作量，避免因大面积修锉而影响型腔曲面的精度。

10 热处理

热处理是指工件在固态下以一定的方式进行加热、保温一定的时间，然后采取合适的方式冷却，让其获得所需要的组织结构和性能的工艺。热处理是一种改善工件使用性能和工艺性能的重要工艺，通过恰当的热处理，可以充分挖掘材料的潜力，从而减少零件的重量，提高产品的质量，延长产品的使用寿命。而在铣削曲面零件中，如果发现零件材料热处理不好，有裂纹、变形、组织不均匀、硬度不足或软点等现象时，应及时停止加工，以免浪费工时，加工后的效果不是很好。

11 检查

在铣削模具型腔比较复杂的曲面时，需要较长的周期，因此，在每次开机铣削前应对机床、夹具、刀具进行适当的检查，以免在中途发生故障，影响加工精度，甚至造成废品。