立式加工中心圆孔铣削工艺分析

罗亚刚

（河南蓝信科技股份有限公司，河南 郑州 450001）

立式加工中心圆孔铣削工艺分析

罗亚刚

（河南蓝信科技股份有限公司，河南 郑州 450001）

在立式加工中心的基础上应用铣刀直接实行铣削圆孔，例如加工高速铣削圆孔、螺旋式铣削圆孔、二维铣削圆孔等，并应用 FUNAC Oi—MA系统的 MVC400机床开展相应实验，并通过实验验证铣削圆孔和传统的钻、铰等工艺的差别以及优势。

立式加工；中心圆孔；铣削；加工工艺

近年来随着铣削加工技术不断发展，其应用的作用以及效果也显得越发明显。高效率的数控加工技术能够展现优质、低成本、高效率、绿化等工业制造的产业效果。对此，探讨立式加工中心圆孔铣削工艺具备显著意义。

1 立式加工中心圆孔铣削工艺

1.1 二维加工圆孔工艺

传统的铣削孔工艺当中，普遍是先安排钻底孔，以便于后续铣刀的进入顺利性，然后借助铣刀铣削获得相应要求的孔洞，当前最为常见的铣削刀具是立铣刀，也就是键槽铣刀，其使用优势在于在加工过程中不需要将加工材料横向摆放，同时在进刀的过程中也不需要先打中心钻眼，从而有效规避了钻头滑动以及钻偏的现象。应用键槽铣刀直接下刀的工艺当中，可以借助 CAD、CAM软件编程进行控制，例如国产的 CAD/CAM软件当中CAXA中的铣削加工功能，就是一种典型的直接进刀加工的方式。在实际的表面加工过程中，因为进刀的深度比较大，往往会导致让刀的情况，最终在加工完成之后发生“喇叭口”的情况，但是如果应用分层式铣削，又会导致工时的提升，形成额外的经济成本。

1.2 螺旋式加工圆孔

为了有效的解决二维铣削圆孔当中发生各种问题，往往在铣削孔的过程中会采用螺旋式的进刀方式，其整体进刀效果会更加显著。螺旋式进刀方式的编程方式主要有两种，一种是 ISO代码编程，这一种编程的方式较为复杂，另一种是宏程序编程。因为当前许多数控系统厂家都为用户提供了宏程序功能，所以编程这一复杂的问题在加工过程中基本可以忽略，但是其中的参数仍然需要人为设置，其中参数主要有：（1）换刀前让主轴回到换刀位置；（2）换上相应的铣削刀具；（3）主轴移动；（4）调整宏程序并给予参数；（5）利用局部坐标系设计圆孔的具体位置；（6）设置螺旋式加工时刀具的回旋半径；（7）螺旋式加工的方向起始点，其中主要为横纵两个方面的；（8）螺旋式加工纵向的安全平面；（9）螺旋式加工向上起始点；（10）借助循环指令铣削到一定的深度；（11）完成铣削圆孔加工；（12）让刀；（13）退回初始化平面。

在程序符号说明当中 A、B、C、D、E、F、I、J在FUNAC Oi系统当中的地址以及局部变量所相对应。其中A为圆孔直径，B为圆孔深度，C为刀具的直径；D为圆孔的圆心x坐标；E为圆孔的圆中心y坐标；I为坐标的起始位置；J为 z坐标的层降参数；F为加工进给速度。

通过多次相应的加工实验发现多个结论。首先，加工结果显示，借助铣刀螺旋式铣削圆孔能够有效的铣削圆孔，同时能够孔内壁垂直程度较为理想，但是表面质量比较差；其次，通过螺旋式加工，刀具背吃刀量会逐渐增加，从零逐渐增长到目标的吃刀量，同时每一次的背吃刀量最大只能够达到设定的层降量，能够最大程度的降低刀具的让刀情况发生，有效解决铣削加工以及二维加工时发生“喇叭口”的情况；再次，加工的流程能够适应不同尺寸的圆孔加工需求，只需要适当的改变相应的变量，假设孔的尺寸比较大，一次性进刀无法切除，则可以在加工过程中多次定义A值，从而以多次协调子程序而达到加工目的；最后，使用这一种铣削工艺能够有效的解决盲孔的加工情况，尤其是在z方向上能够很好的控制孔深度，特别是对于沉孔加工而言有着显著应用效果。

1.3 高速铣削加工圆孔

高速铣削加工是近两年所研发并且广泛推广的一种加工技术，其具备大进给速度、大切削速度以及小背吃刀量等使用效果，在生产加工当中的应用较为广泛，同时还能够应用在各种切削难度较大的材料之中。例如，在模具的加工方面，可以应用这一方式实现圆孔的铣削加工。借助直径为 16mm的材料可以采用硬质合金材料为主的刀具，加工直径为 20mm的材料可以以模具钢为主的刀具，主轴转速约为 6000r/min，进给的速度能够达到 800mm每分钟，背吃刀量能够达到 0.2mm。这一种加工方式如果使用进刀切削的方式进行加工，其会因为转速较高以及进给速度较大等特点，机床系统当中会形成较为突出的惯性，在工件的圆周方向上会出现较为严重的啃伤现象，应用切向进刀的方式进行加工，直接通过刀具中心进行编程，从而完成立式加工中心圆孔铣削工艺加工。通过高速铣削切线加工的方式显著降低了刀具啃伤工件的可能性，同时也降低了刀具的磨损状况，提升了刀具的使用寿命和效果，但是切削的时间也会相对而言的增加，最终导致加工的成本被提升，所以对于一些普通的工件铣削需求而言应用高速铣削加工圆孔的经济性并不是非常理想。

通过上述分析总结出下列几项结论：（1）对于表面质量比较低的圆孔，可以直接应用键槽铣刀螺旋式加工的方式进行加工，这样的加工方式能够显著减少操作者在对刀方面的工作量，并有效降低购买刀具系统以及刀具的成本。借助铣刀加弹性夹头刀柄以及强力夹头刀柄能够更好的完成加工任务，并通过数控系统应用宏程序功能，促使加工更加便捷；（2）对于尺寸精度要求较高的圆孔而言，可以采用螺旋式的铣削加工方式，并且先开展粗加工然后开展半精加工，之后再应用精确铣削加工和精镗加工，从而实现保障加工精度的同时还最大程度节省刀库当中的刀位，从而为复杂工件的其他工序铣削提供用刀的可能；（3）对于加工难度较大的材料而言，例如模具钢上的圆孔以及容易发生变形的零件、薄壁圆孔零件等材料的铣削加工，能够应用切线进刀的方式开展高速铣削。虽然高速细线过程中会形成切削力以及切削热量，但是相对于普通铣削工艺而言该切削力以及切削热量更低，所以对于刀具的保护效果更加理想，能够显著提升刀具的使用寿命。

2 立式加工中心圆孔铣削工艺振动现象

立式加工中心圆孔铣削工艺在加工过程中会形成相应的振动，这一振动也会严重影响加工工艺的成果。当前在铣削过程中出现振动的情况主要分为四种：加工系统在外界因素影响以及冲击的情况下发生非周期性的扰动振动现象，同时在扰动之后振动会因为加工系统自身的阻力影响衰减的一种振动；在外界周期力的持续性影响之下系统形成一种被迫性的振动；在无周期性外力影响之下因为自身特性所引发的一种剧烈振动；包含强迫振动以及自激振动两种共同作用的情况下形成的一种原因复杂的混合型振动。无论是哪一种振动现象，都会对立式加工中心圆孔铣削工艺的生产结果、工件质量形成一个严重影响，同时还会加速刀具的磨损情况，其中对于加工系统影响最大的便是自激性振动。

在设计了相应仿真实验之后，按照稳定性模块的表达含义，设计了立式加工中心圆孔铣削工艺稳定性叶瓣图，在曲线下方为稳定切削，对相应的曲线上方表示为振动铣削区域，结合仿真实验发现实际的铣削加工中施加相应的控制系统能够实现更好的防振动目的。通过对立铣刀的模型分析，建立静态的铣削刀模型，并分析在静态铣削力模型当中铣削力系统的辨别模型，并在后续借助铣削实验获取铣削力的系数。除此之外，按照立式加工中心铣削加工过程中再形成颤抖振动的现象，其可以通过改变瞬时切削厚度的方式进行改进。在理论研究的基础上设计模型实验来掌握铣削力系数的辨别方式，借助模态实验获得铣削力模型当中所需要使用的刀具、工件系统的传递函数、模态参数等。铣削力试验能够借助大量的切削实验测量铣削过程中的静态铣削力，从而为实际加工的参数设计提供帮助，最大程度降低在实际加工过程中的振动现象。

3 结语

综上所述，立式加工中心圆孔铣削工艺本身具备非常多的优势，其在制造业的应用中能够展现许多的特点，可以实现降低材料的去除率、降低加工时间以及控制加工成本等效果。在实际的应用中，立式加工中心圆孔铣削工艺仍然可能因为各种因素而遭受影响，例如对于加工难度较高的材料而言，其应当针对性的改进切线以及进刀方式，从而实现最大化刀具使用率，提高立式加工中心圆孔铣削工艺生产效果。

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