插銑法加工的應用及編程方案

康義

【摘 要】隨著數控加工行業競爭日益激烈，高效率，低成本是各個企業最求的目標。特別是零件結構特殊，加工環境惡劣，傳統的加工方法已經無法滿足加工要求時，尋求先進的新型加工方法勢在必行，插銑法就是一種新興的高效率、低成本的加工方法。

【關鍵詞】插銑法;高效加工

一、概述

1.1插銑法簡介

插銑法又稱Z軸銑削法，是實現高切除率金屬切削最有效的加工方法之一，插銑法的加工效率遠遠高于常規的端面銑削法和側面銑削法，采用插銑法，可以使加工時間縮短一半以上。采用插銑法也可以減小零件的加工變形。由于插銑加工的主切削力是軸向切削力，而徑向切削力很小，加工過程中對機床的主軸間隙要求不高，對于老舊機床可以充分利用，而且在同樣金屬去除量的前提下，對主軸的磨損量遠遠小于傳統的端面銑削和側面銑削。

1.2插銑法相對于傳統加工方法的優點

插銑法大降低了深槽加工對刀具剛性的要求，深槽加工如果采用傳統的側刃銑加工方法，主切削力是沿徑向方向，刀具的長徑比大，刀具徑向剛性大大降低，加工過程中徑向切削力使刀具讓刀、顫動嚴重，刀具壽命低，加工參數低，加工效率自然也就低下。要想提高零件的加工效率，就要提高刀具材質的剛性，隨著刀具長度的增加，刀桿部分受到的彎曲力矩越來越大，對刀桿材料的要求也越來越高。當刀具的長徑比超過5時，就沒有材料可以承受了。這樣，只能以極低的加工參數生產，不僅加工效率低下，而且刀具成本大大增加。而插銑是沿著刀具的軸向切入被加工材料，類似于鉆削的一種加工方法。加工過程中，刀桿的受力方向，由傳統側刃銑的徑向，變為的軸向。而刀具承受軸向載荷的能力要遠遠大于承受徑向載荷的能力。插銑加工最大化的利用了刀具軸向剛性強的這一特性，刀桿承受的載荷，也從拉應力、剪應力的復合，變成了以剪應力為主的簡單狀態，降低了對刀具剛性要求的同時，大大提高了加工狀態的穩定性。

1.3插銑法的應用范圍

插銑法，適合加工小槽型大深度的結構件，在鋁合金類結構件的加工應用鉸多。鋁合金插銑加工刀具主要采用的小直徑（直徑≤12mm）的整體硬質合金刀具，小刃長（1倍徑左右），大的有效切削深度，具有大長徑比刀具，做插銑加工。這種結構的刀具，價格非常昂貴，大部分的刀體材料，不能參與加工過程，材料的利用率不高，限制了插銑加工方法的推廣。機夾可轉位刀具的出現后，國外刀具的設計理念有了非常大的轉變，在使用和推廣機夾可轉位刀具的過程中，發現這種大長徑比，小刃長刀具，更加適合設計成為機夾可轉位刀具。隨著機夾可轉位刀具應用范圍的不斷擴大，機夾可轉位的插銑刀的應用范圍，也由鋁合金加工，發展到了鋼，鈦合金等多種材料。由加工特殊深槽型結構件，發展到普通開放槽式粗加工等多個加工領域都得到了廣泛的應用。

1.4插銑法的前景展望

插銑法屬于新興的一種加工方法，目前在數控編程軟件及刀具開發明顯滯后，以CATIA V5編程軟件為例，僅在R17以后的版本，提供了簡單“Plunge milling”編程策略。相信隨著插銑法應用越來越廣泛，軟件及刀具開發方面，也會越來越完善。

二、插銑加工示例

2.1插銑法在加工零件轉角的應用

數控銑加工零件轉角時，由于在轉角處刀具與切削材料接觸的包絡角急劇增大，切削力也成倍增加。即便采取較大的轉角減速，在轉角出也容易出現顫刀，過切等現象，嚴重的會出現斷刀，零件尺寸超差、報廢。為了改善這一狀況，在加工前將轉角的大部分余量插銑去除，然后在進行輪廓加工，尤其在高速加工中，進行轉角余量插銑加工后，再進行輪廓精加工時，不必進行轉角減速，提高了加工效率的同時，也減輕了機床主軸的磨損程度。

插銑的方式切忌滿徑加工，因為刀具中心點的切削速度為零，因此一般整體硬質合金刀具（橫刃過中心）插銑的加工量理論上不能不超過刀具直徑的1/2，最佳的切削量在刀具直徑的1/3左右，機夾可轉位刀具（無橫刃過中心），其插銑的切削寬度不超過刀片寬度的2/3。

2.2插銑法編程示例

以實際加工件為例，演示插銑法在插銑轉角的應用及編程方法，編程軟件為CATIA? V5為例，轉角的插銑處理使用Point To Point功能實現。選擇Goto Position方式，添加需要處理的轉角。在該選項中需要選擇零件面、導動位置、檢查位置以及設定各個方面的偏置量。導動位置及檢查位置既是轉角的兩個邊界面。一般情況下，可以在零件面及加工邊界上各留0.5mm余量（對于機床、刀具、工件整體工藝系統剛性較好時，可以不留余量）。同時需要指明被處理的轉角處于兩個邊界的那一個象限（該點不是實際加工位置，僅表明該轉角在導動位置線與檢查位置線所相交的象限內處于那一個象限，實際位置受偏置量與邊界控制）。選擇完需要處理的轉角后，僅是指明了一個位置，還不能實現轉角的插銑處理，為了實現該功能，需要設定進退刀的宏指令。在點到點方式中，進退刀宏指令只有三個方式，Add Axial motion（軸向運動模式，沿軸向運動一段距離）;Add Axial motion up to a plane（軸向到平面，沿軸向運動到一個指定的平面）;Add distance along a line motion（直線運動，沿指定的直線運動一段距離）。將這三種方式進行組合，即可以得到理想的轉角插銑處理的運動方式。

進刀宏指令的組合設置是：軸向運動-直線運動-軸向平面-軸向運動-直線運動-軸向平面…軸向運動（或軸向平面），每一個組合為一次插銑過程，但是需要注意的是，進刀宏指令的動作過程與設定過程是相反的，實際運動時是由后向前動作。而實際的速度設定是：加工速度-快速-退刀速度-加工速度-快速-退刀速度…快速。直線運動的方向在進刀過程中與進刀方向是相反的。

退刀宏指令的組合設置是：軸向運動-直線運動-軸向平面-軸向運動-直線運動-軸向平面…-軸向運動-軸向運動（或軸向平面），同樣每一個組合為一次插銑過程，但是需要注意的是，進刀宏指令的設定過程與實際運動過程是相同的。而實際的速度設定是：退刀速度-快速-加工速度-退刀速度-快速-加工速度…退刀速度-快速。直線運動的方向在退刀過程中與退刀方向是相同。

直線運動的長度既是每次插銑過程中的切削寬度，由于在進行轉角處理的過程中，每次加工的余量都不是均勻的，因此較好的處理方式是采用階梯遞進的方法。例如進刀時7mm-5mm-3mm的方式，出刀時反之，即可以減少排刀的次數，同時可以保持每次加工的余量盡可能的均勻。

采用插銑的方式加工完的零件側壁表面殘留較高（如果設定的殘留較小，則需要排刀布距很小，效率較低），為了得到較好的表面質量，需要在插銑后進行輪廓加工，因此，插銑法加工主要用粗加工及半精加工。

為了保證在轉角處的加工余量均勻，可以設定轉角圓弧（考慮零件的轉R的加工公差）;但是轉角的R也不能太大，加工軌跡需要將插銑的位置包含在內。插銑刀加工后，輪廓加工余量均勻，所以，這種輪廓加工可以不啟用轉角減速功能或減速率設置較高，使加工更順暢，加工狀態更穩定。

三、小結

插銑法加工，是區別于傳統加工的一種新型加工方式。由于刀具、編程軟件及加工習慣等因素的制約，目前普及程度還有很大的提升空間。隨著軟、硬件配套的普及與完善，這種高效的加工方法應用范圍會越來越廣，也會在各加工領域，發揮越來越大的中堅作用。