型腔铣的切削研究

　　王舒都基韬
　　摘要：使用铣床拥有一个或多个多平台铣削中心机床加工型腔是一种常见的机械加工方法。切削方法决定了切削运动时刀具轨迹的形状，本文主要研究单向切削、往复式切削、仿形外轮廓切削、标准驱动切削等切削方法。
　　关键词：型腔铣；切削；方法
　　切削方法决定了切削运动时刀具轨迹的形状，本文主要研究以下几种常见的切削方法：单向切削、往复式切削、仿形外轮廓切削、标准驱动切削等等。本文的图示没有给出任何岛状结构，但是即使有岛屿，算法也不会有改变。唯一的区别就是，这些岛屿状结构可能有几个或者多个环形的边界。型腔边界（或岛屿）与刀具轨迹之间的距离要求与正在使用的立铣刀的半径相等。（见图1。1）
　　一、单向形铣削
　　单向铣削产生一系列的单向平行直线刀具轨迹，在两个相邻的刀具路径上切削方向相同，能始终保持顺铣或者逆铣的工作状态。因此，在每一个切削刀具路径的末端刀具必须抬起，然后在回到下一个刀具路径的起始位置。如下图1。1a所示，首先切割整个外轮廓线。沿着刀具轨迹路线从顶部到底部，从左往右水平切削在每一步切削到最左端时，提刀回到最左端起始点继续沿着水平刀具轨迹切削加工。开槽切削点的和数量要比岛屿的数量多一个。单向切削方法常用于岛屿表面的精加工以及不适于往复铣削路径的场合。例如，一些陡壁的筋板，工艺上刀具只自下而上切削，这种情况只能用于单向切削。
　　二、往复式切削
　　往复式切削产生一系列平行连续的往复刀具轨迹，在两个相邻刀具轨迹路径上的切削方向不同，顺铣和逆铣两种方式交替进行。如图1。1b所示先切削出外轮廓（粗实线），然后切削外刀具路径（细实线）。不管型腔的形状和岛屿的数量多少，往复式切削开始只需要一个起始切削点。在完成往复式切削时，刀具可以提起也可以不提起，然后将刀具移动到完成的往复式曲线和外围刀具轨迹的起始点之间。往复式铣削方法由于顺铣和逆铣交替进行，所以通常用于内腔的粗加工，这种方法去除材料的效率要比单向铣削高。利用这种方法切削时要求内腔的形状要规则一些，以使产生的刀具轨迹连续，而且剩余的余量尽可能的均匀。这种切削方法还可应用于岛屿顶面的精加工，但是步距的移动应当避免在岛屿面进行，即往复的切削要切削出表面区域。注意的是首刀切入内腔时，若没有预钻孔，应该采用斜线下刀，而且斜线的坡度应不大于5。
　　三、仿形外轮廓切削
　　仿形外轮廓切削通过偏移切削区域的外轮廓从而产生一系列同心封闭的环状刀具轨迹。仿形外轮廓的刀具轨迹是连续切削的刀具轨迹，没有空切削，基本能够保持单纯的顺铣和逆铣。如图1。1d所示首先右边的两个内部循环路径先被切削，然后刀具被提起并重新插入左侧的循环路径，外面刀具路径被切削。切削的起点数量取决于型腔和岛的形状。因此，仿形外轮廓有着较高的切削效率，又能保持切削稳定和保证工件的加工质量。
　　四、标准驱动切削
　　标准驱动切削是一种新型轮廓的刀具轨迹方法。但是忽略狭窄的边界通道，所以会产生自相交或者过切零件，如图1。1c所示，刀具的轨迹方向与边界选择的顺序一样。标准驱动方法可以用在一些外形要求较高的零件加工，为了防止外形的尖角被去除，工艺上要求在两根棱相交的尖角处，刀具圆弧切出，然后再圆弧切入，此时，刀具轨迹要相交，另外。它还可以用于刻字、雕花等轨迹容易自交的场合。
　　五、仿形零件铣削
　　仿形零件切削会产生一系列由零件外轮廓和内部岛屿形状一同决定的刀具轨迹。这种切削方法的刀具轨迹是连续切削的刀具轨迹，没有空切削，基本上能够保持单纯的顺铣和逆铣。所以，仿形外轮廓和往复式切削相同既有较高的切削效率又能为此切削稳定和工件的加工质量。当切削过程中出现岛屿时，一般选用仿形零件切削方法，与仿形外轮廓切削方法一样，仿形零件铣削通常用于带有岛屿和内腔零件的粗加工，如模具的型腔和型芯。这两种方法生成的刀具轨迹都是根据零件的几何形状偏置产生，形状交叉的地方刀具轨迹不规则，而且切削不连续。一般可以通过调整刀具步距或者毛坯尺寸得到较为理想的刀具轨迹。
　　六、轮廓切削
　　轮廓切削利用刀具的侧面沿着边界切削，精加工零件的侧壁，产生单一或者指定数量的绕切削区域轮廓的刀具轨迹，如图1。1e所示，这种切削方法沿着边界的方向运动，不会产生交叉的刀具轨迹路径。
　　轮廓切削方法不用指定毛坯的几何，只需指定零件的几何。这种切削方法常用于零件的侧壁或者外形轮廓的精加工或者半精加工。外形轮廓线可以是封闭的轮廓也可以是加工敞开的轮廓如图1。1f所示。
　　七、结论
　　以上切削方法中，仿形外轮廓切削和仿形零件切削算法较为复杂，这两种方法要根据进给率和转速以及轮廓线以及零件的形状而定。其他几种切削方法有各自的优势，加工方法相对简单。
　　参考文献：
　　〔1〕田春霞主编。数控加工技术〔M〕。北京：机械工业出版社，2001。