數控銑削加工零件表面質量控制研究

區穎勤

摘要：數控加工是一項重大的先進制造業技術，對中國制造產業提升產品生產水平、減短生產進度、減少生產成本十分關鍵。數控銑削加工是數控加工技術中的重要工藝，具備高精尖、高效率、低成本等許多優點，大范圍運用在汽車、輪船、航空和模型等產業。在數控銑削加工時，零件構造常常相對繁雜，對產品技術需求高，所以加工過程中常常會碰到部分質量問題。文章專對數控銑削加工，解析形成零件銑削過程表面質量不及格的緣由，提出對應的處理方案，且加以歸納推行，希望在以后的加工生產中以免發生相似問題，影響零件質量與交貨進度，進而加強企業競爭力。

關鍵詞：數控銑削;加工零件;表面質量控制

機電產品均是由一個或多個零件構成，且零件的表面常常通過金屬切削制作造成，是影響產品質量的主要原因之一。產品表面質量優，外觀精美，易被市場所接納。此外，表面質量不優的零件，易被腐蝕破壞，也易造成重力集中，造成裂痕，是決定產品應用周期的重要原因。隨著數控技術的提高，數控機床的高精度與功能持續提升與加強，CAM編程日常運用，所加工的零件也更加繁雜。數控銑削加工的零件特點表面主要有水平面、垂直側面、傾斜面、凹槽、凸臺、根部圓角、側面轉角等。形成銑削加工表面質量問題的原因很多，包含零件材料，零件構造硬度，刀具材料，刀具裝夾硬度，零件裝夾硬度，機床硬度，冷卻體系，制作參數等，而有很大因素是由振刀形成的。銑削刀具產生振刀之后，會發生高度振動與晃動，造成切傷零件表面。且表面質量問題常常發生在零件的根部圓角，側面轉角，垂直側面面和自由曲面這幾項特點面上。文章以數控銑床加工鋁合金材料時產生振刀為例，造成表面質量下沉的狀況實行原因解析，且提議處理方案。

一、零件的根部圓角出現振刀和過切的問題

底部圓角是指零件的側面與底面相接處的圓角，可劃為4種情況：1.側面是直面，底面是平面;2.側面是直面，底面是自由曲面;3.側面是自由曲面，底面是平面;4.側面是自由曲面，底面也是自由曲面。底部圓角加工表面質量不優的狀況，常常產生在側面是直面，底面是自由曲面的狀況?，F實生產中，某個零件加工出來的底部圓角不光滑，顯示波浪狀的鋸齒印跡，且有部分處凹坑印跡，而側面也出現有一些相對顯著的振刀痕跡。

原因分析：（1）程序走刀線路問題。當刀具脫離側面之后，切削力猛然減小，再折返側面銑削時，切削力又猛然增大，切削力的突變，在一定范圍上造成了刀具的振蕩。（2）當根部圓角余量相對大時，切削量增大，切削力增大，就會增大切削力的巨變，增加振蕩的程度。（3）當刀具圓角半徑與零件根部圓角半徑一致時，刀具的整體圓角就會被零件的底部圓角全部包圍，刀具和零件的一同相接面瞬間增大，也可以造成刀具振蕩，最后造成零件被振刀過切，產生小坑。

解決方案：（1）編程時以免產生刀路在底部圓角處重復切入切出的痕跡，可以采取刀路軌道依著圓角走刀的切削方略，避免切削力巨變造成振刀。（2）降低底部圓角的加工余量，先進行粗清根程序，再進行精清根程序，以免因為余量太大，形成振刀。（3）采取刀具圓角半徑小于零件底部圓角半徑的刀具實行制作，這樣能夠降低刀具和零件接觸的包圍面，以免出現振刀。

二、零件的水平底面的根部圓角偶然出現一條一條凹痕的問題

水平面的底部圓角是指零件的側面與底面連接處的圓角，且底面是水平面的狀況。在制作完側面和底面之后，對圓角實行清根加工時，偶爾會產生一條一條的凹跡。

原因分析：（1）編程刀路線軌道有問題。（2）機床坐標軸存有偏大的相反空隙，特別是Z軸。當Z軸坐標產生幾個微米的晃動之后，因為Z軸存有相反空隙就在這個異常點的地方，Z軸瞬間退回，之后又立馬折返。因為這個移動量又太少，比反向空隙還小，所以就造成了Z軸的移動，造成產生凹跡。

解決方案：（1）改變加工流程，以免刀路產生幾個微米的上下晃動的狀況，然而，假如CAM編程的自動清根性能一直會產生晃動的話，就只有更改其他的編程方法來完成。（2）檢驗機床Z軸相反空隙，相反空隙小的話能夠實行機床參數修補，假如相反空隙大就要通過機床整修。

三、零件側壁拐角出現振刀和過切的問題

側面轉角是指兩個側面之間相連的轉角，當側面不是垂直側面時，產生的表面質量問題與以往底部圓角產生的振刀與過切問題類似，而當側面是垂直側面時，又是另外一種狀況，轉角處形成明顯的振痕。

原因分析：（1）制作刀具選取不適合。刀具半徑和轉角半徑相同，造成刀具出現晃動，產生振刀狀況，振出振痕。（2）零件轉角加工余量太多，在制作轉角時，因為遭到轉角半徑值的束縛，刀具尺寸普遍都偏小，刀具硬度偏弱。（3）切削深度太深，在制作垂直側面時，以免產生分層接刀軌跡，普遍會采取一刀到底的制作方略，然而，切削深度越深，切削力也就越強，在刀具硬度不夠的狀況下，振刀也就越厲害。（4）刀具裝夾懸伸長度太長，刀具硬度太弱，也易出現振刀狀況。（5）刀具的材料不優，或刀具的刃口外形不好。（6）加工轉速太快，會造成刀具頻繁同振。

解決方案：（1）采取刀具半徑小于零件轉角半徑的刀具進行制作，或“吃”零件誤差，編程時特意把轉角做大一些，使刀具半徑小于轉角半徑，繞銑出轉角，且不能直接用刀具半徑來制作轉角。（2）降低轉角的加工余量，先進行粗清角程序，再實行精加工。（3）降低每刀切削深度，當刀具半徑和拐角半徑一致時，普遍配置為0.2mm效果偏好。（4）盡量把刀具安裝短，當加工深度特別深時，還要專門制作加工刀具，降低切削刃一些長度，以提升刀具本身的強度與硬度。（5）采取高強度高硬度的刀具材料實行加工，與不等螺旋槽刃口外觀刀具實行加工，乃至采取抗振刀具實行加工。（6）減少或增大加工轉速，以免易產生刀具同振次數的轉速大小。

結束語

綜上所述，在數控銑削加工時，對比通常的幾項表面質量問題的解析，能夠專對零件不同的加工特點，采取對應的防范方法，在通過適合的技術方法與工藝改良方法之后，可避免加工中產生表面質量問題，有效的防止返工重做，確保產品質量，縮短加工周期，提高企業競爭力。

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