數(shù)控銑進(jìn)給路線的確定

  合理地選擇進(jìn)給路線不但可以提高切削效率，還可以提高零件的表面精度，在確定進(jìn)給路線時(shí)，首先應(yīng)遵循數(shù)控工藝所要求的原則。對(duì)于數(shù)控銑床，還應(yīng)重點(diǎn)考慮幾個(gè)方面：能保證零件的加工精度和表面粗糙度的要求；使走刀路線最短，既可簡(jiǎn)化程序段，又可減少刀具空行程時(shí)間，提高加工效率；應(yīng)使數(shù)值計(jì)算簡(jiǎn)單，程序段數(shù)量少，以減少編程工作量。

（1）銑削平面類零件的進(jìn)給路線

銑削平面類零件外輪廓時(shí)，一般采用立銑刀側(cè)刃進(jìn)行切削。為減少接刀痕跡，保證零件表面質(zhì)量，對(duì)刀具的切入和切出程序需要精心設(shè)計(jì)。

銑削外表面輪廓時(shí)，圖6-8所示，銑刀的切入和切出點(diǎn)應(yīng)沿零件輪廓曲線的延長(zhǎng)線上切入和切出零件表面，而不應(yīng)沿法向直接切入零件，以避免加工表面產(chǎn)生劃痕，保證零件輪廓光滑。                                         

銑削封閉的內(nèi)輪廓表面時(shí)，若內(nèi)輪廓曲線允許外延，則應(yīng)沿切線方向切入切出。若內(nèi)輪廓曲線不允許外延（見(jiàn)圖6-9），則刀具只能沿內(nèi)輪廓曲線的法向切入切出，并將其切入、切出點(diǎn)選在零件輪廓兩幾何元素的交點(diǎn)處。當(dāng)內(nèi)部幾何元素相切無(wú)交點(diǎn)時(shí)（見(jiàn)圖6-10），為防止刀補(bǔ)取消時(shí)在輪廓拐角處留下凹口（見(jiàn)圖6-10(a)），刀具切入切出點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離拐角（見(jiàn)圖6-10(b)）。

圖6-11所示為圓弧插補(bǔ)方式銑削外整圓時(shí)的走刀路線。當(dāng)整圓加工完畢時(shí)，不要在切點(diǎn)處2退刀，而應(yīng)讓刀具沿切線方向多運(yùn)動(dòng)一段距離，以免取消刀補(bǔ)時(shí)，刀具與工件表面相碰，造成工件報(bào)廢。銑削內(nèi)圓弧時(shí)也要遵循從切向切入的原則，最好安排從圓弧過(guò)渡到圓弧的加工路線（見(jiàn)圖6-12所示），這樣可以提高內(nèi)孔表面的加工精度和加工質(zhì)量。

 
 

圖6-8　 刀具切入和切出時(shí)的外延 

圖6-9 內(nèi)輪廓加工刀具的切入和切出

 

圖6-10 無(wú)交點(diǎn)內(nèi)輪廓加工刀具的切入和切出

圖6-11  外圓銑削 

圖6-12  內(nèi)圓銑削

 

（2）銑削曲面類零件的加工路線

在機(jī)械加工中，常會(huì)遇到各種曲面類零件，如模具、葉片螺旋槳等。由于這類零件型面復(fù)雜，需用多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工，因此多采用數(shù)控銑床、數(shù)控加工中心進(jìn)行加工。

①直紋面加工

對(duì)于邊界敞開(kāi)的直紋曲面，加工時(shí)常采用球頭刀進(jìn)行“行切法”加工，即刀具與零件輪廓的切點(diǎn)軌跡是一行一行的，行間距按零件加工精度要求而確定，如圖6-13所示的發(fā)動(dòng)機(jī)大葉片，可采用兩種加工路線。采用圖6-13(a)的加工方案時(shí)，每次沿直線加工，刀位點(diǎn)計(jì)算簡(jiǎn)單，程序少，加工過(guò)程符合直紋面的形成，可以準(zhǔn)確保證母線的直線度。當(dāng)采用圖6-13(b)所示的加工方案時(shí)，符合這類零件數(shù)據(jù)給出情況，便于加工后檢驗(yàn)，葉形的準(zhǔn)確度高，但程序較多。由于曲面零件的邊界是敞開(kāi)的，沒(méi)有其它表面限制，所以曲面邊界可以延伸，球頭刀應(yīng)由邊界外開(kāi)始加工。

 

(a)沿直線進(jìn)給                           (b)沿曲線進(jìn)給

圖6-13  直紋曲面的加工路線

②曲面輪廓加工

立體曲面加工應(yīng)根據(jù)曲面形狀、刀具形狀以及精度要求采用不同的銑削方法。

兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的三坐標(biāo)行切法加工X、Y、Z三軸中任意二軸作聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)，第三軸做單獨(dú)的周期進(jìn)刀，稱為二軸半坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)。如圖6-14所示，將X向分成若干段，圓頭銑刀沿YZ面所截的曲線進(jìn)行銑削，每—段加工完成進(jìn)給ΔX，再加工另一相鄰曲線，如此依次切削即可加工整個(gè)曲面。在行切法中，要根據(jù)輪廓表面粗糙度的要求及刀頭不干涉相鄰表面的原則選取ΔX。行切法加工中通常采用球頭銑刀。球頭銑刀的刀頭半徑應(yīng)選得大些，有利于散熱，但刀頭半徑不應(yīng)大于曲面的最小曲率半徑。

圖6-14  曲面行切法

用球頭銑刀加工曲面時(shí)，總是用刀心軌跡的數(shù)據(jù)進(jìn)行編程。圖6-15為二軸半坐標(biāo)加工的刀心軌跡與切削點(diǎn)軌跡示意圖。ABCD為被加工曲面，Pyz平面為平行于YZ坐標(biāo)面的一個(gè)行切面，其刀心軌跡O1O2為曲面ABCD的等距面IJKL與平面Pyz的交線，顯然O1O2是一條平面曲線。在此情況下，曲面的曲率變化會(huì)導(dǎo)致球頭刀與曲面切削點(diǎn)的位置改變，因此切削點(diǎn)的連線ab是一條空間曲線，從而在曲面上形成扭曲的殘留溝紋。

由于二軸半坐標(biāo)加工的刀心軌跡為平面曲線，故編程計(jì)算比較簡(jiǎn)單，數(shù)控邏輯裝置也不復(fù)雜，常在曲率變化不大及精度要求不高的粗加工中使用。

三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工  X、Y、Z三軸可同時(shí)插補(bǔ)聯(lián)動(dòng)。用三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工曲面時(shí)，通常也用行切方法。如圖6-16所示，Pyz平面為平行于yz坐標(biāo)面的一個(gè)行切面，它與曲面的交線為ab，若要求ab為一條平面曲線，則應(yīng)使球頭刀與曲面的切削點(diǎn)總是處于平面曲線ab上(即沿ab切削)，以獲得規(guī)則的殘留溝紋。顯然，這時(shí)的刀心軌跡O1O2不在Pyz平面上，而是一條空間曲面(實(shí)際是空間折線)，因此需要X、Y、Z三軸聯(lián)動(dòng)。

三軸聯(lián)動(dòng)加工常用于復(fù)雜空間曲面的精確加工(如精密鍛模)，但編程計(jì)算較為復(fù)雜，所用機(jī)床的數(shù)控裝置還必須具備三軸聯(lián)動(dòng)功能。

 

圖6-15  二軸半坐標(biāo)加工                  圖6-16  三坐標(biāo)加工

四坐標(biāo)加工  如圖6-17所示工件，側(cè)面為直紋扭曲面。若在三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的機(jī)床上用圓頭銑刀按行切法加工時(shí)，不但生產(chǎn)效率低，而且表面粗糙度大。為此，采用圓柱銑刀周邊切削，并用四坐標(biāo)銑床加工。即除三個(gè)直角坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)外，為保證刀具與工件型面在全長(zhǎng)始終貼合，刀具還應(yīng)繞O(或O)作擺角運(yùn)動(dòng)。由于擺角運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致直角坐標(biāo)（圖中Y軸）需作附加運(yùn)動(dòng)，所以其編程計(jì)算較為復(fù)雜。

圖6-17  四軸半坐標(biāo)加工

五坐標(biāo)加工  螺旋槳是五坐標(biāo)加工的典型零件之一，其葉片的形狀和加工原理如圖6-18所示。在半徑為R1的圓柱面上與葉面的交線AB為螺旋線的一部分，螺旋升角為Ψi，葉片的徑向葉型線(軸向割線)EF的傾角α為后傾角。螺旋線AB用極坐標(biāo)加工方法，并且以折線段逼近。逼近段mn是由C坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)Δθ與Z坐標(biāo)位移ΔZ的合成。當(dāng)AB加工完成后，刀具徑向位移ΔX(改變R1)，再加工相鄰的另一條葉型線，依次加工即可形成整個(gè)葉面。由于葉面的曲率半徑較大，所以常采用面銑刀加工，以提高生產(chǎn)率并簡(jiǎn)化程序。因此為保證銑刀端面始終與曲面貼合，銑刀還應(yīng)作由坐標(biāo)A和坐標(biāo)B形成的θ1 和α1的擺角運(yùn)動(dòng)。在擺角的同時(shí)，還應(yīng)作直角坐標(biāo)的附加運(yùn)動(dòng)，以保證銑刀端面始終位于編程值所規(guī)定的位置上，即在切削成形點(diǎn)，銑刀端平面與被切曲面相切，銑刀軸心線與曲面該點(diǎn)的法線一致，所以需要五坐標(biāo)加工。這種加工的編程計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜，一般采用自動(dòng)編程。

 

圖6-18  螺旋槳是五坐標(biāo)加工