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  數控銑進給路線的確定

   合理地選擇進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,在確定進給路線時,首先應遵循數控工藝所要求的原則。對于數控銑床,還應重點考慮幾個方面: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,既可簡化程序段,又可減少刀具空行程時間,提高加工效率;應使數值計算簡單,程序段數量少,以減少編程工作量。

1)銑削平面類零件的進給路線

銑削平面類零件外輪廓時,一般采用立銑刀側刃進行切削。為減少接刀痕跡,保證零件表面質量,對刀具的切入和切出程序需要精心設計。

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

銑削封閉的內輪廓表面時,若內輪廓曲線允許外延,則應沿切線方向切入切出。若內輪廓曲線不允許外延(見圖6-9),則刀具只能沿內輪廓曲線的法向切入切出,并將其切入、切出點選在零件輪廓兩幾何元素的交點處。當內部幾何元素相切無交點時(見圖6-10),為防止刀補取消時在輪廓拐角處留下凹口(見圖6-10(a)),刀具切入切出點應遠離拐角(見圖6-10(b))。

6-11所示為圓弧插補方式銑削外整圓時的走刀路線。當整圓加工完畢時,不要在切點處2退刀,而應讓刀具沿切線方向多運動一段距離,以免取消刀補時,刀具與工件表面相碰,造成工件報廢。銑削內圓弧時也要遵循從切向切入的原則,最好安排從圓弧過渡到圓弧的加工路線(見圖6-12所示),這樣可以提高內孔表面的加工精度和加工質量。

 

6-8  刀具切入和切出時的外延

6-9 內輪廓加工刀具的切入和切出

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6-10 無交點內輪廓加工刀具的切入和切出

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6-11  外圓銑削

6-12  內圓銑削

 

2)銑削曲面類零件的加工路線

在機械加工中,常會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雜,需用多坐標聯動加工,因此多采用數控銑床、數控加工中心進行加工。

①直紋面加工

對于邊界敞開的直紋曲面,加工時常采用球頭刀進行“行切法”加工,即刀具與零件輪廓的切點軌跡是一行一行的,行間距按零件加工精度要求而確定,如圖6-13所示的發動機大葉片,可采用兩種加工路線。采用圖6-13(a)的加工方案時,每次沿直線加工,刀位點計算簡單,程序少,加工過程符合直紋面的形成,可以準確保證母線的直線度。當采用圖6-13(b)所示的加工方案時,符合這類零件數據給出情況,便于加工后檢驗,葉形的準確度高,但程序較多。由于曲面零件的邊界是敞開的,沒有其它表面限制,所以曲面邊界可以延伸,球頭刀應由邊界外開始加工。

 

(a)沿直線進給             (b)沿曲線進給

6-13  直紋曲面的加工路線

②曲面輪廓加工

立體曲面加工應根據曲面形狀、刀具形狀以及精度要求采用不同的銑削方法。

兩坐標聯動的三坐標行切法加工X、Y、Z三軸中任意二軸作聯動插補,第三軸做單獨的周期進刀,稱為二軸半坐標聯動。如圖6-14所示,將X向分成若干段,圓頭銑刀沿YZ面所截的曲線進行銑削,每—段加工完成進給ΔX,再加工另一相鄰曲線,如此依次切削即可加工整個曲面。在行切法中,要根據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選得大些,有利于散熱,但刀頭半徑不應大于曲面的最小曲率半徑。

6-14  曲面行切法

 

 

用球頭銑刀加工曲面時,總是用刀心軌跡的數據進行編程。圖6-15為二軸半坐標加工的刀心軌跡與切削點軌跡示意圖。ABCD為被加工曲面,Pyz平面為平行于YZ坐標面的一個行切面,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,曲面的曲率變化會導致球頭刀與曲面切削點的位置改變,因此切削點的連線ab是一條空間曲線,從而在曲面上形成扭曲的殘留溝紋。

由于二軸半坐標加工的刀心軌跡為平面曲線,故編程計算比較簡單,數控邏輯裝置也不復雜,常在曲率變化不大及精度要求不高的粗加工中使用。

三坐標聯動加工  X、Y、Z三軸可同時插補聯動。用三坐標聯動加工曲面時,通常也用行切方法。如圖6-16所示,Pyz平面為平行于yz坐標面的一個行切面,它與曲面的交線為ab,若要求ab為一條平面曲線,則應使球頭刀與曲面的切削點總是處于平面曲線ab(即沿ab切削),以獲得規則的殘留溝紋。顯然,這時的刀心軌跡O1O2不在Pyz平面上,而是一條空間曲面(實際是空間折線),因此需要X、Y、Z三軸聯動。

三軸聯動加工常用于復雜空間曲面的精確加工(如精密鍛模),但編程計算較為復雜,所用機床的數控裝置還必須具備三軸聯動功能。

 

6-15  二軸半坐標加工                  6-16  三坐標加工

四坐標加工  如圖6-17所示工件,側面為直紋扭曲面。若在三坐標聯動的機床上用圓頭銑刀按行切法加工時,不但生產效率低,而且表面粗糙度大。為此,采用圓柱銑刀周邊切削,并用四坐標銑床加工。即除三個直角坐標運動外,為保證刀具與工件型面在全長始終貼合,刀具還應繞O(O)作擺角運動。由于擺角運動導致直角坐標(圖中Y軸)需作附加運動,所以其編程計算較為復雜。

6-17  四軸半坐標加工

 

 

五坐標加工  螺旋槳是五坐標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用極坐標加工方法,并且以折線段逼近。逼近段mn是由C坐標旋轉Δθ與Z坐標位移ΔZ的合成。當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,以提高生產率并簡化程序。因此為保證銑刀端面始終與曲面貼合,銑刀還應作由坐標A和坐標B形成的θ1 和α1的擺角運動。在擺角的同時,還應作直角坐標的附加運動,以保證銑刀端面始終位于編程值所規定的位置上,即在切削成形點,銑刀端平面與被切曲面相切,銑刀軸心線與曲面該點的法線一致,所以需要五坐標加工。這種加工的編程計算相當復雜,一般采用自動編程。

 

6-18  螺旋槳是五坐標加工