淺談如何提高數(shù)控銑床的加工精度

郭浩

【摘 要】數(shù)控銑床加工是高精加工，主要用于加工平面、槽和輪廓，是利用銑刀的側(cè)刃和端面刃對(duì)毛坯進(jìn)行加工。在加工過(guò)程中，機(jī)床、刀具、裝夾工具等諸多因素都會(huì)影響其加工精度，其中刀具尤為重要。筆者利用立銑刀通過(guò)對(duì)試件的多次加工，以及加工后精度和粗糙度的檢測(cè)，得出一些影響立銑刀加工精度和表面粗糙度的因素，經(jīng)過(guò)不斷的實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出了一些改進(jìn)的方法。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控銑床；立銑刀；加工精度

中圖分類號(hào)： TG547 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：2095-2457（2018）05-0124-002

【Abstract】CNC milling machine is a high-precision machining process，mainly used for machining planes，grooves and contours.It is the use of side cutters and face edges of milling cutters to process blanks.In the machining process，many factors， such as machine tools，tools，and clamping tools，affect the machining accuracy，among which the cutting tools are particularly important. The author used the end mill to pass through the multiple processing of the test piece， as well as the precision and roughness after processing，to obtain some factors that affect the machining accuracy and surface roughness of the end mill.After continuous experiments，some improvements were summarized. Methods.

【Key words】CNC milling machine；End mill；Machining accuracy

數(shù)控銑刀主要采用高速鋼或硬質(zhì)合金制造而成，常見(jiàn)的立銑刀主要為三刃和四刃，采用右旋。圓柱面上的刃為主切削刃，具有一定螺旋角；端面上的刃為副切削刃，分為有中心刃和無(wú)中心刃兩種，有中心刃的立銑刀可以做軸向加工，多以四刃常見(jiàn)。

1 立銑刀螺旋角對(duì)加工精度的影響

立銑刀的螺旋角主要有30°、45°和60°三種，如圖2所示。不同螺旋角的立銑刀用于不同的加工形態(tài)，30°螺旋角加工，主切削刃的進(jìn)給抗力一般，排屑性能良好，多用于孔、槽銑削；45°螺旋角立銑刀主要適合溝槽和側(cè)面銑削，60°螺旋角主要適合側(cè)面銑削。

隨著螺旋的增大主切削刃進(jìn)給抗力隨螺旋角的增大而變好，副切削刃的切削阻力隨螺旋角的增大而增大。螺旋角越大，刃口越鋒利，因而在加工硬度低的材料時(shí)用大螺旋的立銑刀，在加工硬度高的材料時(shí)用小螺旋角的立銑刀。

2 每齒進(jìn)給量對(duì)加工精度的影響

立銑刀在加工零件時(shí)，主切削刃交替切削工件，形成很多凹圓弧拼接而成的紋路，刀具的旋轉(zhuǎn)速度和進(jìn)給速度不同會(huì)使加工形成的“凹圓弧拼接而成的紋路”大小不一。相同的刀具轉(zhuǎn)速下，使用不同的進(jìn)給速度，加工形成的三層側(cè)面。

圖中我們發(fā)現(xiàn)提高主軸轉(zhuǎn)速或降低進(jìn)給速度都可以提高表面粗糙度。因此每齒進(jìn)給量越小，表面粗糙度越好。

在實(shí)際加工中，我們發(fā)現(xiàn)側(cè)面的加工紋路存在深淺不一的現(xiàn)象，在正常的進(jìn)給速度下，表面紋路高低都在10um以內(nèi)，這是由于主軸的徑向跳動(dòng)，錐柄和刀具同軸度誤差等原因造成的。我們把使用程度不用的普通BT40的錐柄和配套的彈簧夾頭、四刃立銑刀安裝好，通過(guò)百分表記錄下相同轉(zhuǎn)速下最大的徑向誤差。從圖中我們不難發(fā)現(xiàn)裝夾錯(cuò)誤的刀具最大徑向誤差達(dá)到53um，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于加工所需要達(dá)到的理論殘留面高度，直接影響到工件的表面質(zhì)量。

因此在刀具安裝注意過(guò)程中，不僅要正確安裝刀具，而且要及時(shí)對(duì)加工后的刀柄錐面ER卡簧、ER螺母螺紋部分及定位面、夾套錐面以及主軸錐孔面清理干凈。

3 刃口損壞對(duì)加工精度的影響

刀具磨損包括切削刃磨損、塑性變形、崩刃等。刃口磨損主要是輕微崩刃或嚴(yán)重磨損，主要由機(jī)械交變應(yīng)力引起的出現(xiàn)在立銑刀主切削刃的損壞，它會(huì)對(duì)零件的表面粗糙度有著明顯影響。

加工后的半成品零件我們時(shí)常會(huì)發(fā)，其表面上沿著加工方向有拉絲或灰色毛刺痕跡，這些一般是由刀具主切削刃刃口破損導(dǎo)致，主要采取更換刀具處理或加大切削液的流量和濃度。

4 機(jī)械震動(dòng)對(duì)加工精度的影響

4.1 數(shù)控銑床震動(dòng)產(chǎn)生的原因

數(shù)控銑床在加工過(guò)程中或多或少會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)，原因也比較復(fù)雜是非常復(fù)雜的，經(jīng)分析主要有以下幾個(gè)方面：

（1）零件裝夾不合理帶來(lái)的震動(dòng)：零件外形復(fù)雜、裝夾部位過(guò)小、外形結(jié)構(gòu)不規(guī)則等因素導(dǎo)致工件裝夾過(guò)松，在加工中容易產(chǎn)生松動(dòng)，隨著切削力的變化而發(fā)生相應(yīng)震動(dòng)。

（2）刀具選擇不合理帶來(lái)的震動(dòng)：刀具的剛性差，加工過(guò)硬的材料時(shí)，及容產(chǎn)生震動(dòng)。若選錯(cuò)了刀具類型，加工側(cè)面時(shí)選用的鍵槽銑刀等都會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)。

（3）單位時(shí)間內(nèi)切削量過(guò)大：加工中刀具線速度應(yīng)該與待加工表面寬度和進(jìn)給速度成正比。刀具轉(zhuǎn)速越快，切削速度越快，刀具的切削阻力越大，刀具越容易產(chǎn)生震動(dòng)。刀具轉(zhuǎn)速與進(jìn)給速度不匹配也會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)。

（4）數(shù)控銑床本身機(jī)械傳動(dòng)帶來(lái)的震動(dòng)也是產(chǎn)生震動(dòng)的一個(gè)因素，長(zhǎng)期保養(yǎng)不夠，潤(rùn)滑系統(tǒng)故障等都會(huì)導(dǎo)致硬件磨損，從而產(chǎn)生震動(dòng)。

（5）同一臺(tái)數(shù)控銑床，由于機(jī)械傳動(dòng)存在著誤差，在不同轉(zhuǎn)速下主軸震動(dòng)不一，在個(gè)別轉(zhuǎn)速下有較明顯的震動(dòng)，它會(huì)導(dǎo)致立銑刀的每個(gè)主切削刃跳動(dòng)不一，從而出現(xiàn)不均勻切削，使得零件表面粗糙度變差。一臺(tái)數(shù)控銑床使用10mm四刃立銑刀，背吃刀量為4mm，側(cè)吃刀量為0.1mm，順銑加工，主軸從1000rpm～23000rpm時(shí)的震動(dòng)幅度。

4.2 數(shù)控銑床震動(dòng)對(duì)加工精度的影響

機(jī)床機(jī)械震動(dòng)過(guò)大不僅會(huì)對(duì)床體本身帶來(lái)?yè)p害，還會(huì)影響零件的加工精度。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）加工過(guò)程中的震動(dòng)使加工后產(chǎn)生波形波振紋，降低了加工表面精度，使工件表面粗糙度加大。它還會(huì)使工件和刀具之間產(chǎn)生相對(duì)位移，加劇工件的塑性變形，降低加工表面粗糙度和尺寸精度。

（2）機(jī)械震動(dòng)極大的縮減銑刀的使用壽命，影響刀具的正常切削，加快刀具的磨損，極易使立銑刀主切削刃產(chǎn)生崩裂，加劇零件表面粗糙度和尺寸精度的惡化。

4.3 防止和減小震動(dòng)的措施

（1）正確裝夾工件：工件夾緊時(shí)，夾持部位要選在零件剛性好，且形變相對(duì)較小的部位，減小工件受到切削力作用引起變形而產(chǎn)生震動(dòng)。

（2）選用剛性好的銑刀：加工塑性材料可選用鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金刀具，加工脆性材料可選用鎢鈷類硬質(zhì)合金刀具。如鎢鈷鈦類和YT5鎢鈷類YG8，抗振性強(qiáng)，分別適用于鑄鐵、有色金屬和鋼件的粗加工；而YG3和YT15則適用于精加工。

（3）我們可以利用縮短銑刀的伸出長(zhǎng)度，采用強(qiáng)力刀柄等方法增加刀具剛度，降低因彈刀產(chǎn)生的刀具震動(dòng)。

（4）合理選擇螺旋角和刃數(shù)的銑刀，適當(dāng)增加螺旋角和刃數(shù)，減小側(cè)吃刀量與背吃刀量，可以減小銑刀切削時(shí)的側(cè)向力，減小震動(dòng)。

（5）在采用CAM軟件自動(dòng)編程時(shí)，勾選“拐角降速”選項(xiàng)，適當(dāng)降低圓弧切削和拐角處進(jìn)給速度也可以有效減小拐角處的震動(dòng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

提高數(shù)控銑床的加工精度，主要體現(xiàn)在降低機(jī)床震動(dòng)，合理選擇刀具的切削參數(shù)這兩個(gè)方面。機(jī)床的不同、刀具的差異會(huì)使我們提高加工精度的方法不盡相同，這就需要我們?cè)诩庸み^(guò)程中不段的實(shí)驗(yàn)總結(jié)，開(kāi)拓創(chuàng)新。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李家杰.數(shù)控銑床培訓(xùn)教材.機(jī)械工業(yè)出版社究，2010，01（1）：56.

[2]劉玉輝.機(jī)械加工中的振動(dòng)[J].工程索引，2015（9）：39.