壳体零件高效插铣技术应用探讨

杨志霞

摘 要：高效插铣技术是一种利用加工刀具通过快速运动去除毛坯残留材料的加工技术，该加工技术以其卓著的使用效果，在制造业得到了广泛应用。笔者通过查阅文献，结合自身经验，在文中对高效插铣技术在复杂壳体加工中的应用进行了探讨，以期为相关从业人员提供有效参考。

关键词：壳体零件;插铣技术;路径规划;刀具选择

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.025

高效插铣技术又被称作为Z轴高校铣削法，是一种高效率的加工方法，能够有效避免壳体零件在加工的过程中变形。在该加工方法下，零件的主要受力方向为轴向，径向力相对比较小，所以对机床的功率要求不高，且具有较高的加工稳定性，能够对钛合金等等难加工的金属进行加工（切槽、曲面加工），故该技术方法在制造业得到了极为广泛的应用，有着较高的探讨价值。

1 壳体零件高效插铣技术加工刀具的选择

在对壳体零件进行插铣加工的过程中，刀具的直径直接影响着加工精度以及加工效率，虽然大尺寸的刀具能够有效提高加工效率，但是也会增加材料的残留量，所以在应用高校插铣技术之前，必须要选择合适的加工刀具。技术人员要认识到以下几点内容：第一，刀具直径增加会导致零件材料残留量增加;第二，刀具直径减小会直接降低加工效率，但是零件材料残留量也会随之减少;第三，刀具数量减少会缩短换刀时间，而刀具数量增加虽然会增加换刀时间，但是能够有效提高切削效率，减少材料残留量[1]。为了尽可能的提高加工效率，缩短加工时间，要结合实际情况选择刀具数量、尺寸，以此来达到最佳的加工效果。

总的来说，刀具的选取和削铣平面有着直接的关系，刀具选择的需要注意以下几点：第一，生成加工工艺平面到加工底面的其中一组平面，可作为“剖平面”;第二，剖平面和加工实体投影，投影图就为加工平面图形;第三，在剖视平面图中能够合理的规划刀具选择方法，刀具最大半径为剖视图上刀具能够到达的半径，刀具最短长度剖视图到零件加工平面最近的距离[2]。

2 壳体零件插铣路径规划方法

2.1 插铣路径规划方法

在插铣加工的过程中，刀具轨迹生成和其它轨迹生成方式有着极大的不同，相邻刀具之间轨迹并没有直接连接的关系，而是呈现出“反复退刀”的状态。所以，该路径规划方法不能够按照传统的刀具路径规划方法来实行。插铣刀具路径规划需要综合考虑到毛坯形状最小的包围球，然后再根据加工工艺的精度要求确定刀具安全平面以及轴向，刀具的轴向应该和其安全平面保持垂直关系，并且刀具必须保持在毛坯包围球之外，确保刀具不会和工件安全平面发生直接碰撞。最小包围球球心需要沿着安全平面逐步投影，然后得到相应的投影点，要将该投影点作为圆心，然后在安全平面上逐步衍生出一条圆形曲线最为刀具运动边界曲线（可见图1）。在边界曲线生成完毕后，要根据加工工艺要求，在其内部逐步划出同心圆作为轨迹线，技术人员要注意“根据加工工艺要求来确定行同心圆的半径差以及行间距，一般情况下，行间距不得超过刀具底部的超度，不然在加工的过程中，就有可能出现‘顶刀等问题”。轨迹线确定后，根据刀具底刃长度来确定加工步长，加工步长不得超过刀具底刃长度。

可将图1中表示的初始刀位点作为起点，然后沿着轴向设出反向引线，反向引线和切削底面呈相交的关系。这一交点就可作为刀心点。如果对应刀具不干涉毛坯，那么就说明初始刀具点位并没有作实际切削用，所以要去除初始刀位点，然后再用同样的方法判断刀具和部位间的关系，如果发生干涉，则要利用黄金分割法（指把一条线段分割为两部分，使其中一部分与全长之比等于另一部分与这部分之比。其比值是一个无理数，取其前三位數字的近似值是0.618）修正，这样就能够得到最后的刀位点，按照插铣加工的方式方法来逐步连接这些点，就能够得到插铣路径。而在利用一把刀具完成仿真加工之后，可导出加工模型，然后利用第二把刀具规划轨迹，进而得到相应的加工轨迹，以此类推，不断反复，就可构建出完整的高效插铣加工轨迹。

3 壳体零件插铣“顶刀”问题处理方法

顶刀主要是因为采用了不过中心刀具来插铣，由于刀具底部中心位置没有刀刃，并且中心速度为“0”，所以当材料处于整个位置时，就无法去除材料，进而致使零件表面严重变形。技术人员要尤其注意“顶刀”这一问题。虽然在确认刀具加工步长的时候，就已经考虑到“顶刀”这一问题，但在实际加工的过程中仍旧有可能会出现[3]。如果壳体零件在加工的过程中，已经出现了“凹”形，那么刀具在迁移到的基础上就会继续顺着“凹”形弧线运动，进而产生“顶刀”问题。所以要重点检查是否存在“顶刀”问题，如果发现“顶刀”问题，则可以通过调整加工步距来规避。

4 结束语

综上所述，“插铣”是一种较新的零件加工技术，是当前实现金属切削效率最高的方法之一，针对难加工的切槽、曲面加工，该加工方法效率远高于传统的端面削铣法。经过实践证明，在需要快速去除零件材料时，插铣法的效率是端面削铣法的2倍左右。本文对高效插铣技术方法刀具选择、路径规划进行了简单的阐述，其中更为深入的问题，还需要广大从业人员进一步分析探讨。

参考文献：

[1]熊明和，张晟伟，唐鋆磊.插铣工艺中切削速度对燃烧室机匣零件表面完整性的影响[J].新技术新工艺，2018.

[2]李锋，王景伦，刘维伟，etal.GH4169插铣参数对切削力的影响规律研究[J].工具技术，2017（08）.

[3]李锋，余斌高，刘维伟，etal.GH4169插铣参数对刀具寿命影响规律及磨损形貌研究[J].工具技术，2017（01）.