高速铣外形闭角残留的去除方法分析

乔娜

[关键词]外形闭角;残留;工艺流程;程序编制

随着我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步，在板材高速铣加工范围内，对航空结构件加工中出现的外形闭角残留进行了定义和分析，通过具体实例给出了外形闭角残留的几种去除方法，分别对各个方法的适用范围及存在的优缺点进行了阐述与研究。

在现代军工、航天等工业中，高速铣削已广泛用于加工技术要求较高的精密传感器的安装平台，但精度和效率间的矛盾一直困扰着相关业界。加工中的变形直接影响零件精度，这是生产中长期存在的技术难题。目前，在这方面加工工艺及相关研究方面还不深入，控制加工中变形的相关工艺措施不完善。由于变形程度随零件尺寸的增大而加剧，这种状况若不加以解决，会严重制约相关行业的发展。因而研究高速铣削加工变形的机理及制定相应的工艺措施，对于提高我国相关工业的发展水平具有重大的理论意义和工程应用价值。

一、加工闭角零件的原理

针对现有两种闭角零件加工方法出现的问题，引进了一种锥度铣刀，用于加工具有闭角结构的零件。该锥度铣刀是一种切削部位呈圆锥状，柄部为圆柱状的铣刀。刀具切削部位直径要大于刀具夹持部位直径，这样可以在三坐标上直接加工一定范围内的闭角零件，而不需要采用专用的角度工装。不仅节约了五坐标数控资源及工装成本，而且还提高了零件加工中的周转效率，避免了零件重复装夹造成的定位误差。

二、外形闭角残留的去除方法

（一）夹具法

根据对外形闭角残留的形成原因所做的分析，可以发现，只要消除了刀具与工作台之间的干涉，就可以将残留去除，刀具与平台的干涉高度值h′=h。由于板材单面加工，都是以工作台定位，要想升高零件的加工位置，切削时给刀具与工作台间留出足够的空间，就需要增制一套铣切夹具。在工作台上完成全部加工后，再在夹具上去除外形闭角残留。夹具法的应用涉及工艺流程更改、数控程序编制和夹具设计共三个方面。①工艺流程的更改。保持原数控工序内容不变，仅在原数控工序后，增加铣外形闭角残留工序。②数控程序的编制。与编制精铣外形程序相仿，区别仅在于加工底面偏值中设置负值，其偏值大小，应略大于闭角残留高度。③夹具的设计。夹具的设计是实现夹具法的关键，首先需要考虑零件的定位方式，根据零件以工作台定位加工后的状态选取定位基准，实现合理定位;其次需要考虑夹具高度，夹具高度是消除干涉的关键因素，夹具高度值应大于刀具与工作台干涉高度值h′;最后需要考虑夹具外部轮廓，避免刀具与夹具干涉。以某机前座舱侧地板为例，零件单面加工，一侧外形为变化外形闭角，腹板上有2-Φ18H9工艺孔，根据在数字模型上量取的外形闭角的角度及所选刀具的直径计算得到最大闭角残余高度值约为12mm。因此产生的铣切夹具设计思路，是以零件底平面和2-Φ18H9工艺孔定位，夹具高度选定为14mm，夹具外廓按零件外形最小轮廓投影制造，此工装即可满足去除外形闭角残留要求。夹具法适用于外形闭角的角度变化且易于定位装夹的零件，从外形闭角残留高度的计算公式可以看出，当外形闭角的角度发生变化时，外形闭角残留高度也随之变化，使用按照外形闭角残留高度最大值设计出的夹具，可以保证在数控加工中完全去除外形闭角残留，零件易于定位装夹，可以很容易地设计并制造夹具。夹具法的优点，在于对工艺方案的改动量小，保留了原有工艺流程的全部内容及顺序，编程工作量小，编程难度低，易于推广和实施;缺点在于增加了夹具设计、制造的工作量和零件生產成本。

（二）刀具进给方向的选择

通常情况下，轧制板料存在较明显的各向异性，即沿垂直于轧制方向上的屈服应力δ0.2大于平行轧制方向的材料的屈服应力。所以在铣加工时，刀具的行进轨迹应尽可能选择与板料轧制方向一致，这样可以有效地减少切削应力的产生。

（三）连接筋法

闭角外形开敞的零件在加工正面内形时需将预铣切部位完全切开，无法保证毛料的封闭。对于这种结构的零件，可以在外形切断前保证预铣部位的封闭，在外形切断后将残留物去除，通过连接筋保持零件稳固。连接筋法的应用同预铣法相同，涉及工艺流程更改和数控程序编制两个方面。①工艺流程的更改。在原数控工序前，增加预铣外形闭角残留工序;在原数控工序末尾，增加铣残留工步;在原数控工序后，增加钳工工序裁切连接筋。②数控程序的编制。连接筋法的程序编制与预铣法大致相同，除在闭角外形处建出辅助面外，还需在模型四周建出连接筋，连接筋个数及宽度，视零件大小而定，位置沿零件四周均部。以某机11A肋为例，零件单面加工，闭角外形开敞，在模型上建出预铣面、预铣高度面、检查面和连接筋。预铣及铣外形程序与预铣法程序编制相同，编制内形程序时，以零件和检查面选取导动边界;编制切断程序时，以连接筋作为检查面;此外还需编制铣残留程序。

参考文献：

[1]周华.论金属切削过程及其物理现象[J].科技风，2010（16）.

[2]陈德兰.控制薄壁零件变形的工艺措施[J].装备制造技术，2010（6）.

[3]沈兴全.现代数控编程技术及应用（第3版）[M].北京：国防工业出版社，2009.

[4]杨群胜.VERICUT数控加工仿真技术[M].北京：清华大学出版社，2010：119-165.

[5]吴明友.数控加工自动编程———CATIAV5详解[M] .北京：清华大学出版社，2008：295-430.