铣削加工方法在高速加工中的应用探讨

摘 要:以提高加工效率,提高加工质量,降低成本,简化加工工艺流程为视角,在高速加工领域对铣削加工方法作了一定的探讨。

关键词:高速加工;高速铣削技术;粗加工;精加工

中图分类号:TB

文献标识码:A

文章编号:1672-3198(2010)08-0316-01

1 高速铣削技术

高速切削技术,是以比常规高10倍左右对零件进行切削加工的一项先进制造技术。实践证明,当切削速度提高10倍,进给速度提高20倍,远远超越传统的切削“”后,切削机理发生了根本的变化。其结果是:单位功率的金属切除率提高了30%-40%,切削力降低了30%,刀具的切削寿命提高了70%,留于工件的切削热大幅度降低,切削振动几乎消失;切削加工发生了本质性的飞跃。在常规切削加工中备受困惑的一系列问题亦得到了解决,真可谓是集高效、优质、低耗于一身的先进制造技术,是切削加工新的里程碑。在切削速度上,铜合金900-5000 m/min;钛合金100-1000 m/min;铝合金1000-7000 m/min;钢350-2000 m/min;铸铁400-2500 m/min。各种材料的高速切削进给速度范围为2-25 m/min。

2 高速铣削技术的优势

2.1 机械加工效率大大提高

高速铣削加工允许使用较大的进给率,单位时间的材料切除率提高3~6倍,加工时间缩短50%~70%。当加工需要大量切除金属的零件时,可使加工时间大大减少。

2.2 切削力降低,加工变形小

高速铣削和常规切削相比,切削力至少可降低30%。这对于加工刚性较差的零件来说可减少加工变形,使一些薄壁类精细工件的铣削加工成为可能。

2.3 加工质量得到优化

因为高速旋转时刀具切削的激励频率远离工艺系统的固有频率,不会造成工艺系统的受迫振动,保证了较好的加工状态。由于切削深度、切削宽度和切削力都很小,使得刀具、工件变形小,保持了尺寸的精确性,另外也使得切削破坏层变薄,残余应力小,实现了高精度、低粗糙度加工。

2.4 加工工艺流程简洁化

常规铣加工不能加工淬火后的材料,淬火变形必须进行人工修整或通过放电加工解决。高速铣可以直接加工淬火后的材料,在很多情况下可完全省去放电加工工序,消除了放电加工所带来的表面硬化问题,减少或免除人工光整加工。为某模具制造中采用常规加工与高速铣削加工的工序比较。

3 高速铣削的加工策略

安全、高效和高质量是高速铣的主要目标。高速加工的效率分为两种情况:以实现单位时间最大材料去除量为目的的高速加工和以实现单位时间最大加工表面积为目的的高速加工。前者用于粗加工,后者用于精加工。

3.1 粗加工

粗加工的主要目的是为了提高单位时间内的材料去除率,同时也为半精加工预留出均匀的残留毛坯,重要的让机床平稳地工作,避免急剧的切削方向和载荷改变。

为了防止切削时速度矢量方向的突然改变,在刀轨拐角处需要增加圆弧过渡,避免出现尖锐拐角。所有进刀、退刀、步距和非切削运动的过渡也都尽可能圆滑,如在平面铣中,可采用螺旋或倾斜方式(倾角为5°左右)的垂直进退刀运动、圆弧方式的水平进退刀运动;而在曲面轮廓铣中,使用切圆弧的进退刀运动等。

刀具通常采用球头铣刀和平底圆角铣刀,采用12轴加工方式,加工时充分利用主轴的加工功率。

为了平稳加工硬化了的材料,步距通常不得大于刀具直径的6%～8%,深度不超过刀具直径的10%。

分层切削能控制切削载荷均匀,在粗加工中常用传统加工方式与高速加工方式的比较采用该加工方法。

3.2 半精加工

半精加工避免了垂直角落进行笔式加工会阻挡刀具出屑槽出屑以及刀具大面积的接触毛坯等情况的出现。目的是把前道工序加工后的残留加工面变得平滑,同时去除拐角处的多余材料,在工件加工面上留下一层比较均匀的余量,为精加工的高速铣作准备。

粗加工以后,不是针对残留材料作后续加工,而是以一个假象的、估计的“毛坯”作为加工对象,来进行半精加工的刀位轨迹计算。这样得到的加工指令,在实际切削过程中会出现空切现象,造成切削状态不连续,引起刀具震动或撞击,缩短了刀具寿命,并造成加工缺陷。现在,一些顶尖的CAD/CAI系统已推出了这项技术。如在UG中,粗加工后可生成工件的残留材料模型(即IPW),而后,以该残留材料模型为毛坯,生成半精加工操作。这样可去除空刀,减小刀具切入/切出材料时的冲击,延长刀具寿命;并可获得较为均匀的加工余量,为高速铣精加工创造条件。

3.3 精加工

精加工是基于曲面的算法,这对于多曲面的模型来讲,应尽可能减少抬刀。这就要求产生的刀具路径在同一角度范围内或者在轴向和径向要求具有不同的留量。精加工的刀位轨迹紧贴零件表面,要求平稳、圆滑,没有剧烈的方向改变。精加工中除需对工艺参数进行优化外,还建议采用下面的加工顺序:(1)外轮廓加工;(2)凸起规范几何体的加工;(3)自由型面的加工;(4)阶梯层面加工;(5)平面加工;(6)凹陷规范几何体的加工。在高速铣加工中,机床、刀具及软件只是入门工具,加工方法及参数等因素才是直接影响加工是否成功的重要因素。这些因素需要经验的积累及反复实验和总结,才能真正发挥高速铣削加工的优势。