轮廓铣削工艺编程

5．6 轮廓铣削工艺、编程

5．6．1 关于轮廓周铣

1．轮廓铣削加工的内容、要求

由直线、圆弧、曲线通过相交、相切连接而成二维平面轮廓零件，适合用数控铣床周铣加工，这是因为数控铣床相对普通铣床具有多轴数控联动的功能。

零件二维平面轮廓，一般有轮廓度等形位公差要求，轮廓表面有表面粗糙度要求。具有台阶面的平面轮廓，立铣刀在对平行刀具轴线的轮廓周铣的同时，对垂直于Z 轴的台阶面进行端铣削，台阶面亦有相应的质量要求。如图5-6-1所示工件轮廓，有轮廓度和表面质量要求。

2．周铣轮廓的特点

立铣刀周铣平面轮廓时，刀具轴线平行于轮廓侧面，铣刀的圆柱素线的直线度对轮廓面质量产生影响。

周铣用的圆柱铣刀刀杆较长、直径较小、刚性较差，容易产生弯曲变形和引起振动。

周铣时刀齿断续切削，刀齿依次切人和切离工件，易引起周期性的冲击振动。为了减小振动，可选用大螺旋角铣刀来弥补这一缺点。

周铣时，只有圆周上的主切削刃在工作，不但无法消除加工表面的残留面积，而且铣刀装夹后的径向圆跳动也会反映到加工工件的表面上。

5．6．2 立铣刀及选用

立铣刀是数控机床上用得最多的一种铣刀，主要用于加工凸轮、台阶面、凹槽和箱口面。

1. 普通高速钢立铣刀

如图5-6-2所示为普通高速钢立铣刀，其圆柱面上的切削刃是主切削刃，端面上分布着

副切削刃，主切削刃一般为螺旋齿，这样可以增加切削平稳性，提高加工精度。标准立铣刀

的螺旋角β为40°～45°（粗齿）和30°～35°（细齿），套式结构立铣刀的β为15°～25°。

由于普通立铣刀端面中心处无切削刃，所以立铣刀工作时不能作轴向进给，端面刃主要用来加工与侧面相垂直的底平面。

图5-6-2普通高速钢立铣刀

图5-6-1轮廓加工工件

a)每齿单条刀片 b)每齿多个刀片

图5-6-3硬质合金螺旋齿立铣刀

直径较小的立铣刀，一般制成带柄形式。φ2～φ71mm 的立铣刀为直柄；φ6～φ63mm 的立铣刀为莫氏推柄；φ25～80mm 的立铣刀为带有螺孔的7：24锥柄，螺孔用来拉紧刀具。直径大干φ40～φ160mm 的立铣刀可做成套式结构。

2．硬质合金螺旋齿立铣刀

为提高生产效率，除采用普通高速钢立铣刀外，数控铣床或加工中心普遍采用硬质合金螺旋齿立铣刀

如图5-6-3所示硬质合金螺旋齿立铣刀。这种刀具用焊

接、机夹或可转位形式将硬质合金刀刃装在具有螺旋槽的刀体上，它具有良好的刚性及排屑性能，可适合粗、精铣削加工，生产效率可比同类型高速钢铣刀提高2～5倍。

如图5-6-3a 所示为在每个齿槽上装单条刀片的硬质合金立铣刀。

如图5-6-3b 所示硬质合金立铣刀，常称为“玉米立铣刀”，在一个刀槽中装上两个或更多的硬质合金刀片，并使相邻刀齿间的接缝相互错开，利用同一刀槽中刀片之间的接缝作为分屑槽，通常在粗加工时选用。

3．波形刃立铣刀

数控铣床或加工中心加工常选用波形刃立铣刀进行切削余量大的粗加工，能显著地提高铣削效率。

波形刃立铣刀与普通立铣刀的最大区别是其刀刃为波形，如图5-6-4所示。波形刃能将狭长的薄切屑变为厚而短的

碎块切屑，使排屑顺畅，有利于自动加工的连续进行；由于刀刃是波形，使它与被加工工件接触的切削刃长度较短，刀具不易产生振动；刀刃的波形特征还使刀刃的长度增大，有利于散热，并有利于切削液容易渗入切削区，能充分发挥切削液的效果。

4．立铣刀尺寸选择

CNC 加工中，必须考虑的立铣刀尺寸因素包括：立铣刀直径，立铣刀长度，螺旋槽长度(侧刃长度)。

CNC 加工中，立铣刀的直径必须非常精确，立铣刀的直径包括名义直径和实测的直径。名义直径为刀具厂商给出的值；实测的直径是精加工用作半径补偿的半径补偿值。重新刃磨过的刀具，即使用实测的直径作为刀具半径偏置，也不宜将它用在精度要求较高的精加工中，这是因为重新刃磨过的刀具存在较大的圆跳动误差，影响到加工轮廓的精度。

图5-6-4波形刃立铣刀

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。立铣刀铣外凸轮廓时，可按加工情况选用较大的直径，以提高刀的刚性；立铣刀铣削凹形轮廓时，铣刀的最大半径选择受凹形轮廓的最小曲率半径限制，铣刀的最大半径应小于零件内轮廓的最小曲率半径，一般取最小曲率半径的0.8～0.9倍。

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也值得认真考虑，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．立铣刀刀齿选用

立铣刀根据其刀齿数目，可分为粗齿(Z为3、4、6、8)、中齿(Z为4、6、8、10)和细齿(Z为5、6、8、10、12)。粗齿铣刀刀齿数目少、强度高、容屑空间大，适用于粗加工；细齿齿数多、工作平稳，适用于精加工。中齿介于粗齿和细齿之间。

被加工工件材料类型和加工的性质往往影响刀齿数量选择。

在加工塑性大的工件材料，如铝、镁等，为避免产生积屑瘤，常用刀齿少的立铣刀,立铣刀刀齿越少，螺旋槽之间的容屑空间越大，可避免在切削量较大时产生积屑瘤。

加工较硬的脆性材料，需要重点考虑的是避免刀具颤振，应选择多刀齿立铣刀，刀齿越多切削越平稳，从而减小刀具的颤振。

小直径或中等直径的立铣刀，这些立铣刀通常有两个、三个和四个刀齿，三刀齿立铣刀兼有两刀齿刀具与四刀齿刀具的优点，加工性能好，但三刀齿立铣刀不是精加工的选择，因为很难精确测量其直径尺寸。键槽铣刀不管直径多大，它通常只有两个螺旋槽，它与钻头相似，可沿Z轴向切入实心材料。

5．6．3 轮廓周铣削用量

⑴立铣刀应用中的切削深度:

螺旋槽长度(侧刃长度)决定切削的最大深度，实际应用中，Z方向的吃刀深度不宜超过刀具直径的1.5倍，侧向的吃刀深度不宜超过刀具半径值。直径较小的立铣刀，切削深度选择得更小些，以保证刃具有足够的刚性。

⑵立铣刀应用中的进给速度:

立铣刀加工应考虑在不同情形下选择不同的进给速度。如，立铣刀在铣槽加工中，若从平面侧进刀，可能产生全刀齿切削时，刀具底面和周边都要参与切削，切削条件相对较恶劣，可以设置较低的进给速度。在加工过程中，进给速度也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整，但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等限制。

⑶立铣刀主轴转速: