数控铣加工通过合理选择切削用量控制工件轮廓尺寸精度探索

张孟陶

(安徽阜阳技师学院机电工程系 安徽阜阳 236000)

切削用量包括切削速度：vc(机床主轴的转速n)、背吃刀量：ap、进给速度：f，被称为切削用量的三要素。数控机械制造中选择切削时的使用量，就是在保障加工精度质量和刀具能够长时间车削的前提下，使机床各个性能和刀具加工性能充分利用，便于切削加工效率达到最高，加工制造的成本达到最低点。粗、精加工时铣削加工的使用情况选择原则如下：

粗铣加工作业，一般情况下都是按照较高的生产效率为首要内容，但是也应该考虑到经济适用性和加工制造的一系列成本。铣削加工时的各加工参数选择原则：一是选择较大的进刀深度和进刀宽度；二是按照数控机床自身的刚度、强度、力度等条件的限制，选择一个比较大的加工速度的参数；三是依照铣刀的自身切削性能确定一个最适合的铣削加工运动参数。[1]

半精铣加工和精铣加工作业，应该在能控制好工件质量的前提下，保证切削时造成的成本、经济和一系列的效率问题。铣削加工时的切削用量选择原则是：首先，粗铣加工后的轮廓余量，用来确定适当的背吃刀量ap；其次，按照粗铣加工后的零件表面情况，选择一个有利的切削进给速度的参数；最后，依照所使用铣刀的自身切削性能，选取一个比较高的切削加工速度数值。具体的数值确定，应该依据机床自配的说明书和机械行业数控的切削加工用量选择手册，并且还要结合实际的加工经验才行。[2]

二、具体要考虑的因素

(一)背吃刀量ap(单位：mm)

背吃刀量ap应当按照零件的整体余量、制造工艺以及机床内部各个系统的情况确定。在使用的机床、将要加工的零件产品和参与加工制造的刀具刚度条件允许的情况下，ap就可以等于这个加工余量，这是能够用来提高加工效率很不错的一个有效措施。为了确保产品零件的加工制造精度和加工后表面的光洁度，一般情况都应该预留有一定的余量便于进行精铣的时候加工，对于数控机床而言，预留的精加工余量可以偏小于普通的机床。具体的选择方法如下：

我们在粗铣加工的时候，在预留有半精铣加工、精铣加工的剩余量后，尽可能多地一次加工完剩下的毛坯残余量；如果工艺系统产生的刚性不够或残余量剩得太多一次性加工不完，也应该按照先多后少这样的方式，进行余量不统一的形式加工。其中，第一刀的ap要选择得较大点，促使刀尖在工件的里面进行铣削，此举则是为了避免加工的毛坯表面不平或是过硬，硬点的铸造件和锻件。

我们在精铣加工的时候，ap要根据粗铣作业后所留的剩余量确定，并且要及时逐渐降低ap的加工量，逐渐增高加工精度和表面粗糙度。一般精加工时，取2*ap=0.1～1.5mm；半精加工时，取2*ap=2.0～5.0mm。

(二)切削速度Vc(m/min)

切削时的速度和零件毛坯的材料有很大的关系，特别是在铣削加工合金钢材料和铣削加工铝合金材料时，切削速度Vc选择可采用每分钟8米左右和每分钟20米以上。

(三)主轴转速n(r/min)

(四)进给速度f(mm/min)

f按照工件的精度要求和粗糙度要求以及铣刀、毛坯材料来确定。f的增大可以提高制造效率。f也能使用机床控制面板上的倍率开关进行人工调整大小。

三、试验设备、工具、量具、刃具和材料

我们在试验加工的时候，使用的机床设备是云南机床厂生产的CY-KX850数控铣床，配置的是FANUC Series 0i Mate—MD系统。工量刃具有：63面铣刀、涂层硬质合金立铣刀、游标卡尺、公法线千分尺、精密平口钳等。试验材料是45＃钢板，尺寸105*105。

四、背吃刀量对轮廓精度的影响

(一)构建试验模型

使用8的立铣刀将毛坯钢板铣削成100*100的外形尺寸，深度10，通过粗加工时预留的精加工余量不一样，相对精铣加工的时候背吃刀量ap的不一样对于轮廓精度的影响。

(二)粗铣加工对照参数说明

n=每分钟3333转，f=每分钟444毫米，ap=1.6毫米。

(三)精铣加工对照参数说明

轮廓一切削参数：n=每分钟3333转，f=每分钟444毫米，ap=0.5毫米；

轮廓二切削参数：n=每分钟3333转，f=每分钟444毫米，ap=0.1毫米。

如上图所示，左图设置的粗加工壁边预留量是0.5mm，右图设置的粗加工壁边预留量是0.1mm，即轮廓一的精加工背吃刀量是0.5mm，轮廓二的精加工背吃刀量是0.1mm。

(四)工件测量数据对比

由上图可见，轮廓一的尺寸为100.056，轮廓二的尺寸为100.002，可见精加工背吃刀量更小时，避免了加工时让刀，保证了工件轮廓尺寸精度。

五、进给速度对轮廓精度的影响

(一)构建试验模型

使用8的立铣刀将毛坯钢板铣削成100*100的外形尺寸，深度10，通过精加工时设置的进给倍率不同，对比研究精加工时进给量的不同对轮廓精度的影响。

(二)粗加工参数说明

n=每分钟3333转，f=每分钟444毫米，ap=1.6毫米。

(三)精加工参数对比

轮廓三切削参数：n=每分钟3333转，f=每分钟666毫米，ap=0.1毫米；

轮廓四切削参数：n=每分钟3333转，f=每分钟222毫米，ap=0.1毫米。

如上图所示，左图设置的进给速率是666mm/min，右图设置的进给速率是222mm/min，即轮廓三的精加工进给速度是666mm/min，轮廓四的精加工进给速度是222mm/min。

(四)工件测量数据对比

由上图可见，轮廓三的尺寸为100.035，轮廓四的尺寸为100.001，可见精加工进给速度更小时，可以使加工表面更光滑，保证了工件轮廓尺寸精度。

六、切削速度对轮廓精度的影响

(一)构建试验模型

使用8的立铣刀将毛坯钢板铣削成100*100的外形尺寸，深度10，通过精加工时设置的主轴转速不同，对比研究精加工时切削速度的不同对轮廓精度的影响。

(二)粗加工参数说明

n=每分钟3333转，f=每分钟444毫米，ap=1.6毫米。

(三)精加工参数对比

轮廓五切削参数：n=每分钟5555转，f=每分钟444毫米，ap=0.1毫米；

轮廓六切削参数：n=每分钟3333转，f=每分钟444mm毫米，ap=0.1毫米。

如上图所示，左图设置的主轴转速是5555r/min，右图设置的主轴转速是3333r/min，即轮廓五的精加工主轴转速是5555r/min，轮廓六的精加工主轴转速是3333r/min。

(四)工件测量数据对比

由上图可见，轮廓五的尺寸为100.010，轮廓六的尺寸为100.042，可见精加工切削速度更大时，可以使加工表面更光滑，保证了工件轮廓尺寸精度。

七、结束语

通过以上试验数据可以看出，切削三要素(背吃刀量、进给速度、切削速度)选择不同的参数，都会对工件轮廓尺寸精度产生影响。虽然只有几丝的偏差，但对于数控铣这种精密加工来说，影响显得尤为重要，尤其是在技能大赛中，尺寸精度更是重要的得分点。因此，我们充分研究切削用量对精确控制工件轮廓尺寸精度具有重要的意义。本文仅就切削三要素选择不同的参数对工件轮廓尺寸精度产生的影响作了简单的比较，如何探索出更深层次的规律，今后还有待于进一步试验和研究。