型腔拐角的清根加工

陈倩

摘 要：针对加工中遇到一个工件，阐述传统的加工方法的缺点，提出插铣加工，分析插铣优点，选取合适的切削路径，利用插铣对拐角处进行清根加工，大大节省铣削加工时间，实现高效加工。

关键词：清根；插铣；拐角；清根

加工中遇到需加工长200mm宽100mm深53mm，拐角半径10mm的矩形方槽，其中拐角处余量半径为20mm，型腔壁的加工余量为3mm。由于拐角处具有较大的金属去除量。传统加工工艺通常使用与拐角大小相同或略小的刀具进行侧铣加工，加工过程中遇到很多困难，加工效率极为低下。这就急需改变加工工艺，提高加工效率。

1 传统加工方法

传统加工中，使用Φ20普通立铣刀一刀加工，由于在拐角处包络角较大，在加工至拐角时，刀具的切削量会突然增大，其所受切削力也会增大。在加工过程中，切削力的突然增大势必会对刀具产生较大的影响，刀具在受到冲击力的情况下，加上铣刀伸出较长，刀具的挠度较大，容易产生振动并导致刀具折损。同时刀具驶出拐角时，切削力突然减小，工艺系统弹性变形恢复，将会致使刀具向工件加工表面内侧变形，产生过切。因此突变的切削力对机床精度、工件质量有严重的影响。为此在编程时通常采用进给速度分段编程，在拐角加工时大量幅度降低进给速度，实际加工过程中，拐角加工时的进给速度只有型腔壁加工时的1/4。分段进给编程路径如图1，其中O1O至OO2进给减小区域，A、B为毛坯余量切点。

同时刀具直径越小，其切削速度、进给速度越低，加工速度也会越低，因此采用传统工艺加工会导致切削时间大量消耗，难以批量高效加工。

也可以使用Z向分层铣削或者减少背吃刀量，但是需要多次走刀，金属去除量过小，加工效率无法保证。

2 加工工艺改进

针对型腔加工效率低下，对加工工艺进行改进，对于该工件的拐角处的切削量突变区域，可使用Φ20插铣刀进行清根加工。有效的提高加工效率。

插铣加工又称为Z轴铣削法，在加工时，旋转的刀具沿着Z轴方向直接向下切入工件，以刀片底刃参与切削，并沿Z轴向上退刀，然后在X轴或Y轴方向横移一段距离，再进行垂直切削，切除更多的工件材料。插铣最大的特点是非常适合粗加工，尤其是对于难加工材料的曲面粗加工、型腔铣削粗加工以及刀具悬深长度较大的粗加工，它可切入工件凹部或沿着工件边缘切削，由于插铣的侧向力小，减小了刀具、工件变形，加工稳定性较高，加工效率远远高于常规的铣削。插铣方式如图2所示：

从图2可看出，插铣完成后会有残留，为减小残留，可以减小刀具插铣步距，但是这样一来刀具路径就会变长，效率会比较低，所以为了得到较好的表面质量，需要在插铣后进行轮廓加工，可在插铣时留精加工余量0.5mm。

由于选用的插铣刀并不是中心刀具，其刀片宽度为6mm，中心Φ8区域并没有切削刃，如果选取不合适的刀具插入点、不合适的走刀步距，径向切深就会超过刀片底刃，将会发生顶刀现象。同时为了充分发挥插铣刀在每次切削中的最大潜力，尽可能减少走刀次数，切除尽可能多的工件材料，这就需要对插铣的路径进行计算。因此刀具插入时的径向切削深度应不超过刀片底刃宽度，同时对于余量较多的拐角，插铣的步距应小于6mm，以及为了尽量减少拐角处余量，加工时刀具应当在拐角圆点插入，使刀具与拐角相切。利用CAD模拟和CAD测量，如图3（1）所示，当刀具底切削刃与毛坯相切时，O1O为2.5mm（O1刀具中心，O拐角中心），为此可选取第一刀插入点为O2（O2O为4mm），如图3（2）所示，经过三次插铣可去除拐角余量，残余高度小于0.3mm，可忽略不计。

插铣完成后，使用Φ20立铣刀进行轮廓加工，由于拐角处余量较小，可以直接进行单层加工，这种精加工可以不用分段编程，大大提高加工效率。

3 结束语

针对型腔的加工，通过在拐角处应用插铣进行清根加工，清除了拐角處的加工余量，留给精加工的余量大致均匀，解决了拐角加工时遇到的各种问题：效率不高、质量不稳定、刀具损坏等问题，大大提高了加工效率，保证工件质量和加工节点。

参考文献

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