立式加工中心圓孔銑削工藝分析

羅亞剛

（河南藍信科技股份有限公司，河南 鄭州 450001）

立式加工中心圓孔銑削工藝分析

羅亞剛

（河南藍信科技股份有限公司，河南 鄭州 450001）

在立式加工中心的基礎上應用銑刀直接實行銑削圓孔，例如加工高速銑削圓孔、螺旋式銑削圓孔、二維銑削圓孔等，并應用 FUNAC Oi—MA系統的 MVC400機床開展相應實驗，并通過實驗驗證銑削圓孔和傳統的鉆、鉸等工藝的差別以及優勢。

立式加工；中心圓孔；銑削；加工工藝

近年來隨著銑削加工技術不斷發展，其應用的作用以及效果也顯得越發明顯。高效率的數控加工技術能夠展現優質、低成本、高效率、綠化等工業制造的產業效果。對此，探討立式加工中心圓孔銑削工藝具備顯著意義。

1 立式加工中心圓孔銑削工藝

1.1 二維加工圓孔工藝

傳統的銑削孔工藝當中，普遍是先安排鉆底孔，以便于后續銑刀的進入順利性，然后借助銑刀銑削獲得相應要求的孔洞，當前最為常見的銑削刀具是立銑刀，也就是鍵槽銑刀，其使用優勢在于在加工過程中不需要將加工材料橫向擺放，同時在進刀的過程中也不需要先打中心鉆眼，從而有效規避了鉆頭滑動以及鉆偏的現象。應用鍵槽銑刀直接下刀的工藝當中，可以借助 CAD、CAM軟件編程進行控制，例如國產的 CAD/CAM軟件當中CAXA中的銑削加工功能，就是一種典型的直接進刀加工的方式。在實際的表面加工過程中，因為進刀的深度比較大，往往會導致讓刀的情況，最終在加工完成之后發生“喇叭口”的情況，但是如果應用分層式銑削，又會導致工時的提升，形成額外的經濟成本。

1.2 螺旋式加工圓孔

為了有效的解決二維銑削圓孔當中發生各種問題，往往在銑削孔的過程中會采用螺旋式的進刀方式，其整體進刀效果會更加顯著。螺旋式進刀方式的編程方式主要有兩種，一種是 ISO代碼編程，這一種編程的方式較為復雜，另一種是宏程序編程。因為當前許多數控系統廠家都為用戶提供了宏程序功能，所以編程這一復雜的問題在加工過程中基本可以忽略，但是其中的參數仍然需要人為設置，其中參數主要有：（1）換刀前讓主軸回到換刀位置；（2）換上相應的銑削刀具；（3）主軸移動；（4）調整宏程序并給予參數；（5）利用局部坐標系設計圓孔的具體位置；（6）設置螺旋式加工時刀具的回旋半徑；（7）螺旋式加工的方向起始點，其中主要為橫縱兩個方面的；（8）螺旋式加工縱向的安全平面；（9）螺旋式加工向上起始點；（10）借助循環指令銑削到一定的深度；（11）完成銑削圓孔加工；（12）讓刀；（13）退回初始化平面。

在程序符號說明當中 A、B、C、D、E、F、I、J在FUNAC Oi系統當中的地址以及局部變量所相對應。其中A為圓孔直徑，B為圓孔深度，C為刀具的直徑；D為圓孔的圓心x坐標；E為圓孔的圓中心y坐標；I為坐標的起始位置；J為 z坐標的層降參數；F為加工進給速度。

通過多次相應的加工實驗發現多個結論。首先，加工結果顯示，借助銑刀螺旋式銑削圓孔能夠有效的銑削圓孔，同時能夠孔內壁垂直程度較為理想，但是表面質量比較差；其次，通過螺旋式加工，刀具背吃刀量會逐漸增加，從零逐漸增長到目標的吃刀量，同時每一次的背吃刀量最大只能夠達到設定的層降量，能夠最大程度的降低刀具的讓刀情況發生，有效解決銑削加工以及二維加工時發生“喇叭口”的情況；再次，加工的流程能夠適應不同尺寸的圓孔加工需求，只需要適當的改變相應的變量，假設孔的尺寸比較大，一次性進刀無法切除，則可以在加工過程中多次定義A值，從而以多次協調子程序而達到加工目的；最后，使用這一種銑削工藝能夠有效的解決盲孔的加工情況，尤其是在z方向上能夠很好的控制孔深度，特別是對于沉孔加工而言有著顯著應用效果。

1.3 高速銑削加工圓孔

高速銑削加工是近兩年所研發并且廣泛推廣的一種加工技術，其具備大進給速度、大切削速度以及小背吃刀量等使用效果，在生產加工當中的應用較為廣泛，同時還能夠應用在各種切削難度較大的材料之中。例如，在模具的加工方面，可以應用這一方式實現圓孔的銑削加工。借助直徑為 16mm的材料可以采用硬質合金材料為主的刀具，加工直徑為 20mm的材料可以以模具鋼為主的刀具，主軸轉速約為 6000r/min，進給的速度能夠達到 800mm每分鐘，背吃刀量能夠達到 0.2mm。這一種加工方式如果使用進刀切削的方式進行加工，其會因為轉速較高以及進給速度較大等特點，機床系統當中會形成較為突出的慣性，在工件的圓周方向上會出現較為嚴重的啃傷現象，應用切向進刀的方式進行加工，直接通過刀具中心進行編程，從而完成立式加工中心圓孔銑削工藝加工。通過高速銑削切線加工的方式顯著降低了刀具啃傷工件的可能性，同時也降低了刀具的磨損狀況，提升了刀具的使用壽命和效果，但是切削的時間也會相對而言的增加，最終導致加工的成本被提升，所以對于一些普通的工件銑削需求而言應用高速銑削加工圓孔的經濟性并不是非常理想。

通過上述分析總結出下列幾項結論：（1）對于表面質量比較低的圓孔，可以直接應用鍵槽銑刀螺旋式加工的方式進行加工，這樣的加工方式能夠顯著減少操作者在對刀方面的工作量，并有效降低購買刀具系統以及刀具的成本。借助銑刀加彈性夾頭刀柄以及強力夾頭刀柄能夠更好的完成加工任務，并通過數控系統應用宏程序功能，促使加工更加便捷；（2）對于尺寸精度要求較高的圓孔而言，可以采用螺旋式的銑削加工方式，并且先開展粗加工然后開展半精加工，之后再應用精確銑削加工和精鏜加工，從而實現保障加工精度的同時還最大程度節省刀庫當中的刀位，從而為復雜工件的其他工序銑削提供用刀的可能；（3）對于加工難度較大的材料而言，例如模具鋼上的圓孔以及容易發生變形的零件、薄壁圓孔零件等材料的銑削加工，能夠應用切線進刀的方式開展高速銑削。雖然高速細線過程中會形成切削力以及切削熱量，但是相對于普通銑削工藝而言該切削力以及切削熱量更低，所以對于刀具的保護效果更加理想，能夠顯著提升刀具的使用壽命。

2 立式加工中心圓孔銑削工藝振動現象

立式加工中心圓孔銑削工藝在加工過程中會形成相應的振動，這一振動也會嚴重影響加工工藝的成果。當前在銑削過程中出現振動的情況主要分為四種：加工系統在外界因素影響以及沖擊的情況下發生非周期性的擾動振動現象，同時在擾動之后振動會因為加工系統自身的阻力影響衰減的一種振動；在外界周期力的持續性影響之下系統形成一種被迫性的振動；在無周期性外力影響之下因為自身特性所引發的一種劇烈振動；包含強迫振動以及自激振動兩種共同作用的情況下形成的一種原因復雜的混合型振動。無論是哪一種振動現象，都會對立式加工中心圓孔銑削工藝的生產結果、工件質量形成一個嚴重影響，同時還會加速刀具的磨損情況，其中對于加工系統影響最大的便是自激性振動。

在設計了相應仿真實驗之后，按照穩定性模塊的表達含義，設計了立式加工中心圓孔銑削工藝穩定性葉瓣圖，在曲線下方為穩定切削，對相應的曲線上方表示為振動銑削區域，結合仿真實驗發現實際的銑削加工中施加相應的控制系統能夠實現更好的防振動目的。通過對立銑刀的模型分析，建立靜態的銑削刀模型，并分析在靜態銑削力模型當中銑削力系統的辨別模型，并在后續借助銑削實驗獲取銑削力的系數。除此之外，按照立式加工中心銑削加工過程中再形成顫抖振動的現象，其可以通過改變瞬時切削厚度的方式進行改進。在理論研究的基礎上設計模型實驗來掌握銑削力系數的辨別方式，借助模態實驗獲得銑削力模型當中所需要使用的刀具、工件系統的傳遞函數、模態參數等。銑削力試驗能夠借助大量的切削實驗測量銑削過程中的靜態銑削力，從而為實際加工的參數設計提供幫助，最大程度降低在實際加工過程中的振動現象。

3 結語

綜上所述，立式加工中心圓孔銑削工藝本身具備非常多的優勢，其在制造業的應用中能夠展現許多的特點，可以實現降低材料的去除率、降低加工時間以及控制加工成本等效果。在實際的應用中，立式加工中心圓孔銑削工藝仍然可能因為各種因素而遭受影響，例如對于加工難度較高的材料而言，其應當針對性的改進切線以及進刀方式，從而實現最大化刀具使用率，提高立式加工中心圓孔銑削工藝生產效果。

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TG659

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1671-0711（2017）07（下）-0135-02