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数控机床/铣床 |
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数控铣进给路线的确定 |
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newmaker |
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合理地选择进给路线不但可以提高切削效率，还可以提高零件的表面精度，在确定进给路线时，首先应遵循数控工艺所要求的原则。对于数控铣床，还应重点考虑几个方面：能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求；使走刀路线最短，既可简化程序段，又可减少刀具空行程时间，提高加工效率；应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量。
（1）铣削平面类零件的进给路线
铣削平面类零件外轮廓时，一般采用立铣刀侧刃进行切削。为减少接刀痕迹，保证零件表面质量，对刀具的切入和切出程序需要精心设计。
铣削外表面轮廓时，图1所示，铣刀的切入和切出点应沿零件轮廓曲线的延长线上切入和切出零件表面，而不应沿法向直接切入零件，以避免加工表面产生划痕，保证零件轮廓光滑。 
图1 刀具切入和切出时的外延
铣削封闭的内轮廓表面时，若内轮廓曲线允许外延，则应沿切线方向切入切出。若内轮廓曲线不允许外延（见图2），则刀具只能沿内轮廓曲线的法向切入切出，并将其切入、切出点选在零件轮廓两几何元素的交点处。当内部几何元素相切无交点时（见图3），为防止刀补取消时在轮廓拐角处留下凹口（见图3(a)），刀具切入切出点应远离拐角（见图3(b)）。
图2 内轮廓加工刀具的切入和切出
图3 无交点内轮廓加工刀具的切入和切出
图4所示为圆弧插补方式铣削外整圆时的走刀路线。当整圆加工完毕时，不要在切点处2退刀，而应让刀具沿切线方向多运动一段距离，以免取消刀补时，刀具与工件表面相碰，造成工件报废。铣削内圆弧时也要遵循从切向切入的原则，最好安排从圆弧过渡到圆弧的加工路线（见图5所示），这样可以提高内孔表面的加工精度和加工质量。
图4 外圆铣削
图5 内圆铣削
（2）铣削曲面类零件的加工路线
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。
①直纹面加工
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，如图6所示的发动机大叶片，可采用两种加工路线。采用图6(a)的加工方案时，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。当采用图6(b)所示的加工方案时，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。
(a)沿直线进给 (b)沿曲线进给
图6 直纹曲面的加工路线
②曲面轮廓加工
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。如图7所示，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。
图7 曲面行切法
用球头铣刀加工曲面时，总是用刀心轨迹的数据进行编程。图8为二轴半坐标加工的刀心轨迹与切削点轨迹示意图。ABCD为被加工曲面，Pyz平面为平行于YZ坐标面的一个行切面，其刀心轨迹O1O2为曲面ABCD的等距面IJKL与平面Pyz的交线，显然O1O2是一条平面曲线。在此情况下，曲面的曲率变化会导致球头刀与曲面切削点的位置改变，因此切削点的连线ab是一条空间曲线，从而在曲面上形成扭曲的残留沟纹。
图8 二轴半坐标加工图9 三坐标加工
由于二轴半坐标加工的刀心轨迹为平面曲线，故编程计算比较简单，数控逻辑装置也不复杂，常在曲率变化不大及精度要求不高的粗加工中使用。
三坐标联动加工 X、Y、Z三轴可同时插补联动。用三坐标联动加工曲面时，通常也用行切方法。如图9所示，Pyz平面为平行于yz坐标面的一个行切面，它与曲面的交线为ab，若要求ab为一条平面曲线，则应使球头刀与曲面的切削点总是处于平面曲线ab上(即沿ab切削)，以获得规则的残留沟纹。显然，这时的刀心轨迹O1O2不在Pyz平面上，而是一条空间曲面(实际是空间折线)，因此需要X、Y、Z三轴联动。
三轴联动加工常用于复杂空间曲面的精确加工(如精密锻模)，但编程计算较为复杂，所用机床的数控装置还必须具备三轴联动功能。
四坐标加工 如图10所示工件，侧面为直纹扭曲面。若在三坐标联动的机床上用圆头铣刀按行切法加工时，不但生产效率低，而且表面粗糙度大。为此，采用圆柱铣刀周边切削，并用四坐标铣床加工。即除三个直角坐标运动外，为保证刀具与工件型面在全长始终贴合，刀具还应绕O1(或O2)作摆角运动。由于摆角运动导致直角坐标（图中Y轴）需作附加运动，所以其编程计算较为复杂。
图10 四轴半坐标加工
五坐标加工 螺旋桨是五坐标加工的典型零件之一，其叶片的形状和加工原理如图11所示。在半径为R1的圆柱面上与叶面的交线AB为螺旋线的一部分，螺旋升角为Ψi，叶片的径向叶型线(轴向割线)EF的倾角α为后倾角。螺旋线AB用极坐标加工方法，并且以折线段逼近。逼近段mn是由C坐标旋转Δθ与Z坐标位移ΔZ的合成。当AB加工完成后，刀具径向位移ΔX(改变R1)，再加工相邻的另一条叶型线，依次加工即可形成整个叶面。由于叶面的曲率半径较大，所以常采用面铣刀加工，以提高生产率并简化程序。因此为保证铣刀端面始终与曲面贴合，铣刀还应作由坐标A和坐标B形成的θ1 和α1的摆角运动。在摆角的同时，还应作直角坐标的附加运动，以保证铣刀端面始终位于编程值所规定的位置上，即在切削成形点，铣刀端平面与被切曲面相切，铣刀轴心线与曲面该点的法线一致，所以需要五坐标加工。这种加工的编程计算相当复杂，一般采用自动编程。
图11 螺旋桨是五坐标加工
(end)
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(投稿)
(4/26/2007) |
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