銑削加工方法在高速加工中的應(yīng)用探討

摘 要:以提高加工效率，提高加工質(zhì)量，降低成本，簡(jiǎn)化加工工藝流程為視角，在高速加工領(lǐng)域?qū)︺娤骷庸し椒ㄗ髁艘欢ǖ奶接憽＊?/p>

關(guān)鍵詞:高速加工;高速銑削技術(shù);粗加工;精加工

中圖分類(lèi)號(hào):TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1672-3198(2010)08-0316-01

1 高速銑削技術(shù)

高速切削技術(shù)，是以比常規(guī)高10倍左右對(duì)零件進(jìn)行切削加工的一項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù)。實(shí)踐證明，當(dāng)切削速度提高10倍，進(jìn)給速度提高20倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越傳統(tǒng)的切削“禁區(qū)”后，切削機(jī)理發(fā)生了根本的變化。其結(jié)果是:單位功率的金屬切除率提高了30%-40%，切削力降低了30%，刀具的切削壽命提高了70%，留于工件的切削熱大幅度降低，切削振動(dòng)幾乎消失;切削加工發(fā)生了本質(zhì)性的飛躍。在常規(guī)切削加工中備受困惑的一系列問(wèn)題亦得到了解決，真可謂是集高效、優(yōu)質(zhì)、低耗于一身的先進(jìn)制造技術(shù)，是切削加工新的里程碑。在切削速度上，銅合金900-5000 m/min;鈦合金100-1000 m/min;鋁合金1000-7000 m/min;鋼350-2000 m/min;鑄鐵400-2500 m/min。各種材料的高速切削進(jìn)給速度范圍為2-25 m/min。

2 高速銑削技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

2.1 機(jī)械加工效率大大提高

高速銑削加工允許使用較大的進(jìn)給率，單位時(shí)間的材料切除率提高3~6倍，加工時(shí)間縮短50%~70%。當(dāng)加工需要大量切除金屬的零件時(shí)，可使加工時(shí)間大大減少。

2.2 切削力降低，加工變形小

高速銑削和常規(guī)切削相比，切削力至少可降低30%。這對(duì)于加工剛性較差的零件來(lái)說(shuō)可減少加工變形，使一些薄壁類(lèi)精細(xì)工件的銑削加工成為可能。

2.3 加工質(zhì)量得到優(yōu)化

因?yàn)楦咚傩D(zhuǎn)時(shí)刀具切削的激勵(lì)頻率遠(yuǎn)離工藝系統(tǒng)的固有頻率，不會(huì)造成工藝系統(tǒng)的受迫振動(dòng)，保證了較好的加工狀態(tài)。由于切削深度、切削寬度和切削力都很小，使得刀具、工件變形小，保持了尺寸的精確性，另外也使得切削破壞層變薄，殘余應(yīng)力小，實(shí)現(xiàn)了高精度、低粗糙度加工。

2.4 加工工藝流程簡(jiǎn)潔化

常規(guī)銑加工不能加工淬火后的材料，淬火變形必須進(jìn)行人工修整或通過(guò)放電加工解決。高速銑可以直接加工淬火后的材料，在很多情況下可完全省去放電加工工序，消除了放電加工所帶來(lái)的表面硬化問(wèn)題，減少或免除人工光整加工。為某模具制造中采用常規(guī)加工與高速銑削加工的工序比較。

3 高速銑削的加工策略

安全、高效和高質(zhì)量是高速銑的主要目標(biāo)。高速加工的效率分為兩種情況:以實(shí)現(xiàn)單位時(shí)間最大材料去除量為目的的高速加工和以實(shí)現(xiàn)單位時(shí)間最大加工表面積為目的的高速加工。前者用于粗加工，后者用于精加工。

3.1 粗加工

粗加工的主要目的是為了提高單位時(shí)間內(nèi)的材料去除率，同時(shí)也為半精加工預(yù)留出均勻的殘留毛坯，重要的讓機(jī)床平穩(wěn)地工作，避免急劇的切削方向和載荷改變。

為了防止切削時(shí)速度矢量方向的突然改變，在刀軌拐角處需要增加圓弧過(guò)渡，避免出現(xiàn)尖銳拐角。所有進(jìn)刀、退刀、步距和非切削運(yùn)動(dòng)的過(guò)渡也都盡可能圓滑，如在平面銑中，可采用螺旋或傾斜方式(傾角為5°左右)的垂直進(jìn)退刀運(yùn)動(dòng)、圓弧方式的水平進(jìn)退刀運(yùn)動(dòng);而在曲面輪廓銑中，使用切圓弧的進(jìn)退刀運(yùn)動(dòng)等。

刀具通常采用球頭銑刀和平底圓角銑刀，采用12軸加工方式，加工時(shí)充分利用主軸的加工功率。

為了平穩(wěn)加工硬化了的材料，步距通常不得大于刀具直徑的6%～8%，深度不超過(guò)刀具直徑的10%。

分層切削能控制切削載荷均勻，在粗加工中常用傳統(tǒng)加工方式與高速加工方式的比較采用該加工方法。

3.2 半精加工

半精加工避免了垂直角落進(jìn)行筆式加工會(huì)阻擋刀具出屑槽出屑以及刀具大面積的接觸毛坯等情況的出現(xiàn)。目的是把前道工序加工后的殘留加工面變得平滑，同時(shí)去除拐角處的多余材料，在工件加工面上留下一層比較均勻的余量，為精加工的高速銑作準(zhǔn)備。

粗加工以后，不是針對(duì)殘留材料作后續(xù)加工，而是以一個(gè)假象的、估計(jì)的“毛坯”作為加工對(duì)象，來(lái)進(jìn)行半精加工的刀位軌跡計(jì)算。這樣得到的加工指令，在實(shí)際切削過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)空切現(xiàn)象，造成切削狀態(tài)不連續(xù)，引起刀具震動(dòng)或撞擊，縮短了刀具壽命，并造成加工缺陷。現(xiàn)在，一些頂尖的CAD/CAI系統(tǒng)已推出了這項(xiàng)技術(shù)。如在UG中，粗加工后可生成工件的殘留材料模型(即IPW)，而后，以該殘留材料模型為毛坯，生成半精加工操作。這樣可去除空刀，減小刀具切入/切出材料時(shí)的沖擊，延長(zhǎng)刀具壽命;并可獲得較為均勻的加工余量，為高速銑精加工創(chuàng)造條件。

3.3 精加工

精加工是基于曲面的算法，這對(duì)于多曲面的模型來(lái)講，應(yīng)盡可能減少抬刀。這就要求產(chǎn)生的刀具路徑在同一角度范圍內(nèi)或者在軸向和徑向要求具有不同的留量。精加工的刀位軌跡緊貼零件表面，要求平穩(wěn)、圓滑，沒(méi)有劇烈的方向改變。精加工中除需對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化外，還建議采用下面的加工順序:(1)外輪廓加工;(2)凸起規(guī)范幾何體的加工;(3)自由型面的加工;(4)階梯層面加工;(5)平面加工;(6)凹陷規(guī)范幾何體的加工。在高速銑加工中，機(jī)床、刀具及軟件只是入門(mén)工具，加工方法及參數(shù)等因素才是直接影響加工是否成功的重要因素。這些因素需要經(jīng)驗(yàn)的積累及反復(fù)實(shí)驗(yàn)和總結(jié)，才能真正發(fā)揮高速銑削加工的優(yōu)勢(shì)。