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型腔铣削工艺、编程

日期:2020-08-09 19:11 作者:立博体育

  型腔铣削工艺、 5.8 型腔铣削工艺、编程 型腔铣削加工的内容 加工的内容、 5.8.1 型腔铣削加工的内容、要求 型腔是 CNC 铣床、加工中心中常见的铣削加 工内结构。铣削型腔时,需要在由边界线确定的 一个封闭区域内去除材料,该区域由侧壁和底面 围成,其侧壁和底面可以是斜面、凸台、球面以 及其他形状。型腔内部可以全空或有孤岛。对于 形状比较复杂或内部有孤岛的型腔则需要使用计 算机辅助(CAM)编程。 本节讨论的型腔加工指由垂直侧壁轮廓和水 平底面围成的规则型腔,如图 5-8-1。 型腔的主要加工要求有:侧壁和底面的尺寸 精度,表面粗糙度,二维平面内轮廓的尺寸精度。 5.8.2 型腔铣削方法 型腔铣削方法 对于较浅的型腔,可用键槽铣刀插削到底面深度,先铣型腔的中间部分,然后再利用刀 具半径补偿对垂直侧壁轮廓进行精铣加工。 对于较深的内部型腔,宜在深度方向分层切削,常用的方法是预先钻削一个到所需深度 孔,然后再使用比孔尺寸小的平底立铣刀从 Z 向进入预定深度,随后进行侧面铣削加工,将 型腔扩大到所需的尺寸、形状。 型腔铣削时有两个重要的工艺考虑: ①刀具切入工件的方法; ②刀具粗、精加工的刀路设计。 刀具选用 5.8.3 刀具选用 适合于型腔铣削的刀具有平底立铣刀、键槽铣刀,型腔的斜面、曲面区域要用 R 刀或 球头刀加工。 型腔铣削时, 立铣刀是在封闭边界内进行加工。 立铣刀加工方法受到内结构特点的限制。 立铣刀对内轮廓精铣削加工中,其刀具半径一定要小于零件内轮廓的最小曲率半径, 刀具半径一般取内轮廓最小曲率半径的 0.8~0.9 倍。 粗加工时, 在不干涉内轮廓的前提下, 尽量选用直径较大的刀具,直径大的刀具比直径小的刀具的抗弯强度大,加工中不容易引 起受力弯曲和振动。 在刀具切削刃(螺旋槽长度)满足最大深度的前提下,尽量缩短刀具从主轴伸出的长 度和立铣刀从刀柄夹持工具的工作部分中伸出的长度, 立铣刀的长度越长, 抗弯强度减小, 受力弯曲程度大,会影响加工的质量,并容易产生振动,加速切削刃的磨损。 5.8.4 型腔铣削的路线.型腔铣削加工的刀具引入方法 型腔铣削加工的刀具引入方法 与外轮廓加工不同,型腔铣削时,要考虑如何 Z 向切入工件实体的问题。通常刀具 Z 向切入工件实体有如下几种方法: ①使用键槽铣刀沿 Z 轴垂直向下进刀切入工件; ②先预钻一个孔,再用直径比孔径小的平底立铣刀切削; ③斜线进刀及螺旋进刀。斜线进刀及螺旋进刀,都是靠铣刀的侧刃逐渐向下铣削而实 现向下进刀的,所以这两种进刀方式可以用于端部切削能力较弱的端铣刀向下进给。 2.型腔铣削水平方向刀具路线 型腔铣削水平方向刀具路线 水平方向 (a) (b) 图 5-8-2 铣切内腔的三种走刀路线比较 (c) 常见的型腔粗加工路线有: ①Z 形走刀路线(a) ,刀具循 Z 字形刀路行切,粗加工的效率高;相邻两 行走刀路线的起点和终点间留下凹凸不平的残留,残留高度与行距有关。 ②环切走刀路线(b)为环绕切削,加工余量均匀稳定,有利于精加工时 工艺系统的稳定性,从而得到高的表面质量,但刀路较长,不利于提高切削效率。 ③先用行切法粗加工,后环切一周半精加工。如图 5-8-2(C) ,把 Z 字形运动和环绕 切削结合起来用一把刀进行粗加工和半精加工是一个很好的方法,因为它集中了两者的优 点,有利于提高粗加工效率,有利于保证精加工加工余量均匀,从而保证精切削时工艺系 统的稳定性。 5.8.5 型腔铣削用量 粗加工时,为了得到较高的切削效率,选择较大的切削用量,但刀具的切削深度与宽 度应与加工条件(机床、工件、装夹、刀具)相适应。 实际应用中,一般让 Z 方向的吃刀深度不超过刀具的半径;直径较小的立铣刀,切削 深度一般不超过刀具直径的 1/3。切削宽度与刀具直径大小成正比,与切削深度成反比, 一般切削宽度取 0.6~0.9 刀具直径。值得注意的是:型腔粗加工开始第一刀,刀具为全 宽切削,切削力大,切削条件差,应适当减小进给量和切削速度。 精加工时,为了保证加工质量,就避免工艺系统受力变形和减小震动,精加工切深应 小,数控机床的精加工余量可略小于普通机床,一般在深度、宽度方向留 0.2~0.5mm 余量 进行精加工。精加工时,进给量大小主要受表面粗糙度要求限制,切削速度大小主要取决 于刀具耐用度。 5.8.6 型腔铣削加工实例 1.型腔铣削的加工任务 如图 5-8-1 所示型腔,侧壁轮廓垂直,底面水平。矩形封闭区域大小:宽 40,长 55, 深 5,内轮廓最小曲率半径 R4。 内轮廓尺寸有 IT8 尺寸公差等级要求,形位公差等级达 IT8 级,表面粗糙度达 Ra3.2 μm,底面有 Ra6.3μm 表面粗糙度要求。 型腔轮廓 X、Y 向对称,处于 X、Y 向的对称面为 X、Y 向基准,因此选用型腔中心 作为 X、Y 向的工件零点。假设上表面已经过精加工,选工件上表面为 Z 向零点。 2.刀具选择: 刀具选择: 图 5-8-1 零件图中,矩形型腔的四个角都有圆角,圆角的半径限定刀具的半径选择, 圆角的半径大于或等于所用精加工刀具的半径。本例中圆角为 4 ㎜,使用φ8 键槽铣刀用 于粗加工, 但精加工中刀具半径应略小于圆角半径, 以便于刀具能通过半径补偿切削轮廓, 精加工选用φ6 的立铣刀比较合理。因此确定粗加工刀具直径φ8,精加工刀具直径φ6, 刀具材料为高速钢。 3.加工方法及余量分析 设计型腔分粗、半精、精加工阶段加工, 粗加工完成 53×38 的区域, 型腔粗加工留下的 单边 1 ㎜加工余量,包括精加工余量和半精加 工余量。精加工单边余量 S=0.5 ㎜,半精加工 单边余量 C=0.5 ㎜。如图 5-8-3 所示。 设计粗加工让刀具沿 Z 字形路线在封闭区 域内来回运动,是一种高效的粗加工方法,但 粗加工刀具沿 Z 字形路线来回运动在加工表面 上留下扇形残留量,切削余量不均匀时很难保 证精加工的加工质量,因此需要半精加工,其 目的是为了消除扇形残留量。 如图 5-8-4 所示从 Z 形刀路粗加工后,接着开始半精加工,刀具路径环绕一周,留下 了均匀的单边 0.5 ㎜精加工余量。 型腔 Z 向深度为 10mm,考虑到加工刀具直径较小,Z 向分 4 每层粗切,每层 2.5mm。 4.粗加工路线设计 粗加工路线) 切入方法及切入点: 切入方法及切入点: (a)Z 形刀路粗加工 (b)环绕刀路半精加工 图 5-8-4 内腔铣切的粗、半精加工路线 的矩形区域, 刀具切入工件的点有两个位置比较实用: 型腔 中心、型腔拐角圆心。本例φ8 的刀具起点设在如图 5-8-4a 所示的起点位置,该点处在粗 加工切削区域左下角,刀具与区域的两边相切。在如图 5-8-1 所示的工件坐标系中,起点 坐标是:X-22.5,Y-15。 (2) Z 形刀路间距值 型腔沿 Z 形刀路粗加工后留下扇形残留量的大小与两次切削之间的间距(Z 形刀路间 距)有关,型腔粗加工中的间距也就是刀具切入材料的宽度。Z 形刀路的相邻两刀应有一 定的重叠部分,Z 形刀路间距通常为刀具直径的 70%—90%左右。 如图 5-8-4a,Y 向以 Z 形刀路间距 Q 为单位进行 N 次数进给, 最终型腔粗加工区域被 切除,则有: Q×N=38-2×4=30 式中: “38”为粗加工区域宽度; “4”为粗加工的刀具半径。 本例设计 Y 向以 Z 形刀路间距为单位的进给次数是 5,Z 形刀路间距为 Q ㎜,则有: Q×5=(38—2×4) 得:Q=6 ㎜。间距 6 ㎜为φ8 ㎜的立铣刀直径的 75%,对于φ8 ㎜的立铣刀来说比较 合适。 (3) Z 形刀路切削长度 如图 5-8-4a,粗加工时 Z 形刀路的 X 向进给增量为: 53-2×4=45 (4) 半精加工切削的长度和宽度 由于半精加工与粗加工在本例中使用同一把刀具,因此粗加工后刀具开始进行半精加 工,由于 X、Y 向的半精加工余量为 0.5 ㎜,本例中,粗加工的最后刀具位置在型腔的左 上角坐标为: (X-22.5,Y15)的点位,经过“G91G1X-0.5Y0.5”的增量移动,就可到达在 型腔的左上角的半精加工的起点。如图 5-8-4b 所示 在半精加工区域内,刀具刀位点经 AB、BC、CD、DA 直线 ㎜精 加工余量。 (5) 精加工刀具路径 粗加工和半精加工完成后,可以使用另一把刀具 φ6 ㎜进行精加工并得到最终尺寸。 选择轮廓中心点作为加工起点位置。精加工切削 中,应该使用刀具半径偏置功能,这主要是为了在加 工调试时,可以通过调整半径补偿值保证尺寸公差的 要求。 由于刀具半径补偿不能在圆弧插补运动中启动, 因此必须添加建立和取消半径补偿的直线运动,以及 切入、切出轮廓的圆弧。引导圆弧半径的计算,与上一节中封闭槽精加工路线设计完全一 样的方法:图 5-8-5 所示为矩形型腔的典型精加工刀具路径(起点在型腔中心)。 本例中矩形型腔宽度相对刀具直径较大可以用下面的方法计算: Ra=w÷4=40÷4=10 ㎜。 引入圆弧半径为 Ra=10,则 P 点坐标为(X-22.5,Y15) 点坐标为(X-22.5,Y15) ,Q 5.粗、精切削时切削用量 粗加工时,φ8 ㎜的键槽铣刀,有 2 个刀齿(Z=2),键槽铣刀粗铣削 Z 向切深 2.4 ㎜; 侧向最大切深 6~8 ㎜选 fZ=0.1,选 V=20m/min,则主轴转速 S=318×20/8≈800r/min,计 算进给速度 F=fZ×Z×S=0.1×2×800≈150 ㎜/min,刀具在全齿切削时取 F=100 ㎜/min。 立铣刀半精铣削时,侧向最大切深 0.5 ㎜,切削力大为减少,取 S=1000 r/min;F=200 ㎜/min。 立铣刀精铣削时,侧向最大切深 0.5 ㎜,切削力很小,但要保证表面质量,取 S=1200 r/min;F=100 ㎜/min。 6.型腔铣削编程 型腔铣削编程 完成以上工艺分析和计算后,便可对型腔进行编程了(程序 O5801)。程序选用一把φ8 的键槽铣刀作为粗加工刀具且能进行垂向切削,一把φ6 立铣刀,用于精加工。 主程序 O5801 O5801 (φ8 粗加工键槽铣刀) G21 G17 G40 G80 T01; S1250 M03 G90 G54 G00 X-22.5 Y-15; G43 Z5 H01 M08; G1 Z0. F100; M98 P5811 L4 G90 G00 Z5. M09; G28 G49 Z5. M05; M01; 粗加工、半精加工子程序 O5811 O5811 G91 G01 Z-2.5 F50; (Z 向切入实体) G91 X45. F100; Y6. F100; X-45. F150; Y6. F100; X45.F150; (全齿切削) (Y 向步距进给) O5812 G91; 精加工子程序 O5812 G01 G41 X-10.Y-10. D02 F400.; G03 X10. Y-10. R10. F100.; G01 X23.5; G03 X4 Y4 R4; G01 Y32; G03 X-4. Y4. R4.; G01 X-47.; Y6.F100; X-45.F150; G03 X-4.Y-4. R4.; G01 Y-32.; G03 X4 Y-4 R4; X23.5; G03 X10.Y10.R10.; (Z 形粗切终点) (半精加工起点) (AB 切削) (BC 切削) (CD 切削) (半精加工结束) G01 G40 X-10. Y10. F400.; M99; (手装 T02—φ6 精加工立铣刀) ; Y6.F100; G90 G54 G00 X0.Y.0 S1500 M03 ; X45.F150; G43 Z5. H02 M08; G01 Z-10. F200; M98 P5812 G90 G00 Z5. M09; G28 G49 Z5.M05; M30; Y6.F100; X-45. F150; X-0.5 Y0.5; Y-31.; X46.; Y31.; X-46.; M99;

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