铣削加工技术（通用10篇）
铣削加工技术 篇1
0 引言
传统螺纹加工方法主要是采用车刀车削螺纹、或采用丝锥、板牙手工攻丝或套扣。大直径螺纹加工可在数控铣床上,采用单刀镗加工的工艺方法实现,即利用镗刀的转速与螺距的匹配关系进行编程和加工。其优点是不需购置专用刀具,实施快。但是,单刀镗螺纹的加工质量差,刀具磨损快,需要经常来回换刀、磨刀、对刀,加上切削力大,走刀次数多,切削速度很慢,使得加工效率很低。由于刀杆较长,螺纹加工的表面出现颤纹,且加工质量不稳定。
随着数控机床的出现,使得更先进的螺纹加工方法——螺纹数控铣削加工方法得以实现。螺纹铣削加工与传统螺纹加工方式相比,在加工精度、加工效率方面有极大优势,且加工时不受螺纹结构和螺纹旋向的限制,如一把螺纹铣刀可以加工多种不同旋向的内外螺纹。另外,螺纹铣削加工方法本身具有一定的天然优势。由于目前螺纹铣刀的制造材料为硬质合金,加工线速度可达80~200m/min,而高速钢丝锥的加工线速度仅为10~30m/min,故螺纹铣刀适合高速切削,加工螺纹的表面光洁度也大幅提高。高硬度材料和高温合金材料,如钛合金、镍基合金的螺纹加工一直是一个比较困难的问题,主要是因为高速钢丝锥加工上述材料螺纹时,刀具寿命较短,而采用硬质合金螺纹铣刀对硬材料螺纹加工则是效果比较理想的解决方案,可加工硬度为HRC58~62。对高温合金材料的螺纹加工,螺纹铣刀同样显示出非常优异的加工性能和超乎预期的长寿命。对于相同螺距、不同直径的螺纹孔,采用丝锥加工需要多把刀具才能完成,但如采用螺纹铣刀加工,使用一把刀具通过调整数控程序就可实现。在丝锥磨损、加工螺纹尺寸小于公差后则无法继续使用,只能报废;而当螺纹铣刀磨损、加工螺纹孔尺寸小于公差时,可通过数控程序进行必要的刀具半径补偿调整后,就可继续加工出尺寸合格的螺纹。同样,为了获得高精度的螺纹孔,采用螺纹铣刀调整刀具半径的方法,比生产高精度丝锥要容易得多。对于小直径螺纹加工,特别是高硬度材料和高温材料的螺纹加工中,丝锥有时会折断,堵塞螺纹孔,甚至使零件报废;采用螺纹铣刀,由于刀具直径比加工的孔小,即使折断也不会堵塞螺纹孔,非常容易取出,不会导致零件报废;采用螺纹铣削,和丝锥相比,刀具切削力大幅降低,这一点对大直径螺纹加工时,尤为重要,解决了机床负荷太大,无法驱动丝锥正常加工的问题。
1 螺纹数控铣削加工
螺纹数控铣削加工就是通过数控机床运动实现螺纹加工。工作时工件或螺纹铣刀旋转一周,工件或铣刀沿轴向移动一个螺距,即可切出全部螺纹。
1.1 螺纹数控铣机床选择
螺纹数控铣加工时,只要机床是三轴联动数控铣床就能实现。
1.2 螺纹铣刀选择
螺纹数控铣削加工方法采用的是专用刀具——螺纹铣刀。螺纹铣刀是套在心轴上的若干个圆盘铣刀的组合体,外形很像圆柱立铣刀与螺纹丝锥的结合体,如图1所示。但它的螺纹切削刃与丝锥不同,刀具上无螺旋升程。目前最常用的螺纹铣刀有两种,即硬质合金整体螺纹铣刀和机夹式螺纹铣刀,如图1和图2所示。
整体螺纹铣刀在一周上有4~6个切削刃,而机夹式螺纹铣刀在一周上仅有1~2个切削刃,因此,整体螺纹铣刀和机夹式螺纹铣刀在工作时切削用量是不同的。
在选择螺纹铣刀时,螺纹铣刀的齿距(螺纹铣刀上沿铣刀轴线相邻两齿对应两点之间的距离)必须等于被加工螺纹的螺距,而对于内螺纹时,除过上述条件外,还有螺纹铣刀的外径必须小于被加工螺纹底孔孔径的0.8倍。
1.3 螺纹数控铣中铣刀位轨迹
数控铣中螺纹铣刀位轨迹就是等螺距螺旋线,轨迹如图3所示。螺纹铣刀位轨迹数学模型如公式(1)所示。
式中:α∈[0,h.2π/p],h为螺纹深度;
p为螺纹螺距;
xc、yc、zc为螺纹位置坐标;
D为铣万直径;
d为内螺纹大径或外螺纹小径;
δ为加工余量,精加工时如果铣刀有磨损可作为铣刀磨损量进行补偿;
m为内外螺纹控制量,当为内螺纹时,m=-1,当为外螺纹时,m=+1;
n为左右旋螺纹控制量,当为左旋螺纹时,n=-1,当为右旋螺纹时,n=+1。
进刀方式以螺旋线切入,只要进刀螺旋线在要加工的螺纹上方就可以了,退刀方式按直线退出,对内螺纹向中心退出,对外螺纹向外退出。
1.4 螺纹铣削走刀步长
螺纹铣削时,由于刀位轨迹是螺旋线,因此可以直接采用数控系统的螺旋插补指令。但是由于每个数控系统指令格式不同,编程时必须对指令特别熟悉,本文为了使编程简单化,将螺旋线进行直线插补,即根据加工精度按一定的走刀步长将螺旋线拟合成线段。
走刀步长的确定是直线插补刀具轨迹生成的一个基本而重要的问题。走刀步长小,意味着刀具轨迹线上刀位数据的密度大,零件程序膨胀,编程效率下降,更重要的是在一般加工方式下,小步长零件程序的执行会产生进给速度波动和平均速度下降,从而影响表面质量和加工效率。刀位步长过大,意味着刀具轨迹线上刀位数据的密度小,加工效率高,但轮廓逼近精度降低,螺纹表面质量恶化,因此,合理步长的确定是非常重要的。
螺纹铣削的走刀步长与公式(1)里的变量α有关,α的增量越大,走刀步长就越大,加工误差就越大,如图4所示。所以,控制公式(1)里α的增量就可以达到控制加工误差确定螺纹铣削的走刀步长。
当α的增量∆α很小时,相邻两刀位点之间的曲线可以近似为半径为r圆弧,如图4所示。则误差e与允许误差E之间的关系为:
其中:
r为螺纹的公称直径;
E为螺纹加工允许误差。
2 螺纹铣削数控编程系统
根据公式(1)作者开发了螺纹铣削数控编程系统,界面如图5所示。只要知道螺纹的参数、螺纹的位置、铣刀的参数以及加工误差、加工余量就可以自动输出螺纹数控铣削程序。
3 螺纹铣切削参数选择
选择合理的切削参数是提高加工效率、保证螺纹质量、提高刀具耐用度的关键因素。如果参数选择不当,则切削不稳定、刀片崩刃或加工效率太低,最严重的则会影响螺纹的质量。
3.1 走刀速度F
式中:N为主轴转速;
Z为螺纹铣刀每周齿数;
fZ为铣刀每齿进给量。
在铣刀每齿进给量fZ确定后,关键是根据(2)式匹配好走刀速度F与主轴转速N之间的关系。铣刀每齿进给量fZ由经验或铣刀制造厂商提供,一般为0.1~0.2mm/Z。
3.2 切削深度ap
其中m、d、δ含义与公式(1)一样,D初为内螺纹底孔初始直接,外螺纹初始圆柱直径。
切削深度ap在编程时就要确定,通过加工余量δ来控制。切削深度ap的取值一把为1~2mm。
4 结束语
经过实际加工验证,通过螺纹铣削数控编程系统输出的螺纹铣削加工程序加工的螺纹合格,质量好,加工效率高。
摘要：螺纹数控铣削是先进的螺纹加工方法,已成为降低螺纹加工成本、提高效率、解决螺纹加工难题的有效办法,正越来越广泛地被企业所接受。本文对螺纹数控铣削加工技术进行了研究,提出了螺纹铣削刀位轨迹以及走刀步长确定方法,并开发了螺纹铣削数控编程系统。
关键词：螺纹加工,数控铣削,数控编程,螺纹铣刀,加工步长
参考文献
[1]螺纹铣刀的发展与应用[J].http//news.mechnet.com.cn.
[2]陆邦春,张立武,李亚杰.超高强度钢大直径螺纹数控铣加工[J].航天制造技术,2003,(6):3-7.
[3]蔺小军,任军学,史耀耀,田荣鑫.基于UG的变距螺杆造型与数控加工[J].航空制造技术,2003,(8):33-34,64.
[4]蔺小军,史耀耀,任军学,孟晓娴.螺旋桨叶型数控加工编程研究[J].制造技术与机床,2004(6):51-52,55.
[5]王增强,蔺小军,史耀耀,单晨伟.回转曲面螺旋槽数控加工技术研究[J].机械科学与技术,2007,(4):428-430.
高进给铣削加工工艺研究 篇2
关键词：加工效率；刀具；切削力；进给量
中图分类号：TG54 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）23-0017-02
1 金属切削加工工艺
在探讨如何提高加工效率的时候，金属切削加工工艺首先研究的对象是金属切削的切削三要素，即切削速度、切削深度、进给量，对于这三个加工要素来说，切削速度对刀具的加工寿命影响最大，当切削速度提高20%，则刀具寿命将下降50%，同时因工件材料的强度、硬度等性能参数的限制，切削速度可提高的幅度不大，且提高切削速度也会增加切削功率，而加大切深度切削方案前面也进行了分析，因此为提高加工效率，我们把主要的研究对象放到进给量上。
2 进给量
2.1 与进给量有关的刀具参数
如何提高进给量，而不增加切削力和切削功率？针对这个问题对进给量进行分析，进给量是切削刃在每个旋转单位下切削刃相对工件所移动的距离，进给量的大小直接影响刀具切削截面的大小，与进给量有关的刀具参数，如图1所示。
金属切削材料切削截面上所能承载单位面积的受力大小决定了刀片寿命的长短，每一片刀片被制造出来后，其单位面积下所能承受受力大小也就确定了，将刀片所能承受的单位面积下的力转换成进给量就是刀片的允许平均铁屑厚度，平均铁屑厚代表着每个刀片能够承受的进给量大小。
2.2 大进给铣削原理
一般情况下当铣刀的切削宽度与刀盘直径相等的情况下，平均铁屑厚度就等于进给量，当切削刀具的主偏角减小时，铁屑的厚度h就会相应减小，如图2所示，此时铁屑厚度h值小于刀片允许的平均铁屑厚度，这样为了使刀片更有效地被利用，则可以选铁屑厚度h和刀片允许的相等，这样就可以使用更大的进给量f值了，这就是大进给铣刀的基本原理。
大进给铣削原理是基于用小的主偏角和小的切削深度实现平均铁屑厚度的减小，从而提高进给量，故此所有的大进给加工都需要小的主偏角。切屑的厚度随着主偏角的减小而减小，为了避免铁屑过薄而影响加工表面质量，当进给量小于刀片刃口的倒钝圆弧半径，工件的加工表面形成时就不会进行切削而是碾压，从而使已加工表面被碾压造成表面质量下降或工件材料表面形成过大的冷做硬化层而影响工件的使用效果，见图3分析，已加工表面是经过多次复杂的变形而形成的。切削刃刃尖角为Rn时，切削层在刃口钝圆部分O点处存在复杂的应力状态，切削层的金属经剪切滑移沿刀具的前刀面流出形成铁屑，O点下薄薄的一层金属гhd不能沿OM进行剪切，而是被推挤压入工件的已加工表面，这部分金属首先受到压应力，当切削后刀面BE滑过挤压面后，工件已加工表面的压力消失，工件产生弹性回弹，回弹值гh小于压缩值гhd，这是已加工表面由于受到刀片后刀面的摩擦、拉伸的作用而产生内应力，内应力的大小和切削深度Ap的大小有关，如Ap→гhd值时，工件已加工表面的内应力最大，因此表面会形成一个冷作硬化层（加工硬化层），其硬度比工件高1-2倍，硬化层表面常常会出现细微裂纹，且表面粗糙度值较大，工件材料的疲劳强度也相应较低，从而影响工件的尺寸和形状的稳定性。
故此需要提高进给量从而避免切削过薄。在使用大进给铣刀的时候要确保足够大的进给，以便得到合适的切屑厚度和加工性能。
2.3 大进给加工理论依据
高进给铣削时，需要提高进给量的部分都在刀具的前刀刃，而当刀具的主偏角等于90 和主偏角等于15 时，铁屑厚度相等的情况下，刀具的进给量可以放大3.86倍。
一般情况下，刀片的最大进给量约等于刀尖圆弧半径的0.5倍，当主偏角等于90 时，此时进给量和铁屑厚度与进给量相等，当主偏角等于45 时，进给量约等于1.415倍的铁屑厚度，即≈0.849 mm，当主偏角等于15 时，此时进给量约等于3.86倍的铁屑厚度，即≈2.318 mm，如图4所示，这就是大进给加工理论依据。
2.4 大进给铣削的特点
大进给铣削的特点是：较小的切削深度，较大的进给量。从加工受力方向上进行分析，它与传统的铣削加工方式比较，综合切削力的方向（主切削力、进给力、切向力的合成力方向）更接近刀体回转中心线，即切削加工刃所产生的径向抗力的大部分分力是轴向力，而传统的加工方式，切削综合力的方向与回转中心线之间所形成的角度较大（在45 ～90 之间），如图5所示，这样大进给铣削方式相对传统的铣削方式，加工的稳定性和抗震动能力都得到有效的提高。
在铣削加工过程中为满足工件形状或工件夹具的要求，往往需要刀具有一定的悬伸，而传统的铣削方式因径向力较大会影响加工刀具的悬伸长度。一般钢制品的刀杆在悬伸与直径之比等于4的时候，就很难抑制切削力而产生的扭曲和挠度而出现加工震动问题。大进给铣削加工方式与传统铣削方式（主偏角为90 ）相比，以悬伸长径比L/d=4为校核依据分析，如图6所示。此时悬伸轴的扭曲角度为φ，挠度为y，由此得到公式③和④：
综合上述计算分析，对铣削刀具切削前角的平衡设计，如图7所示。目前大进给铣刀的最大的长径比达到10 D。
大进给铣刀实际加工应用过程中，加工效率和金属去除率得到了有效地提高，直径为66 mm的铣刀加工案例，见表1。
表中：Vf为进给速度，Vc为切削速度，Q为金属去除率。
3 结 语
在这个例子中，虽然传统铣刀的切削深度比大进给铣刀大3倍，但大进给铣刀的金属去除率却是传统铣刀的3倍，在大多数的情况下，我们使用相对较低的切削速度，这样刀具切削所产生的切削热度相对较低，对刀具的寿命提高有较大的帮助，这样就会降低刀具的成本，并高效地达成加工的目的。
参考文献：
[1] 刘党生.金属切削原理与刀具[M].北京：北京理工大学出社，2009.
基于模具的高速铣削加工技术研究 篇3
1 高速铣削在模具加工中的应用
高速切削加工模具与传统加工相比，具有减少加工工序、减少加工时间、提高生产率、改善型腔表面质量和加工精度的优点。如:传统加工模具的过程为:粗加工—半精加工—热处理—电火花加工—精加工—手工修磨。而采用高速切削加工模具的过程为:粗加工—热处理—半精加工—精加工。传统加工中采用电火花(EDM)加工，此方法加工后的模具表面可能出现变质层，需进一步的精加工和手工修磨，加工效率低，成本高。采用高速铣削加工淬硬模具，硬度可达62HRC左右，可得到很高的表面质量，表面粗糙度低于Ra0.6μm，实现“以铣代放电”，“以铣代磨”，直接得到高精度、高质量的模具。
2 高速切削加工工艺的研究
高速切削技术在加工模具中真正发挥其最大作用，需要工件材料、刀具、切削工艺等技术相匹配，而且必须要对刀具及切削参数进行优化选择。
2.1 刀具的选择
采用高速铣削模具钢时，产生的切削热和对刀具的磨损很大，尤其加工淬硬模具钢，要求刀具要具有很高的耐热性和抗热冲击，很高的热稳定性及导热性。
2.1.1 切削钢和铸铁
在高速切削钢和铸铁时采用涂层硬质合金刀片能获得良好效果，硬质合金涂层刀具是在韧性较好刀体上，涂覆一层或多层耐磨性好的难熔化合物，使刀具既有较高的韧性，又有很高的硬度和耐磨性，涂层刀具的寿命比未涂层的刀具要高(2～5)倍[2,3]。硬质合金涂层刀具的涂层材料主要有氮化钛(Ti N)、碳氮化钛(Ti CN)、氮化铝钛(Ti Al N)、碳氮化铝钛(Ti Al CN)等，其中，涂层材料氮化铝钛(Ti Al N)是Ti N和Al2O3的复合化合物。这种涂层材料不仅具有的硬度和耐磨性，而且在切削过程中氧化生成Al2O3，可以起到抗氧化和抗扩散磨损的作用，已经成为目前应用最多的涂层材料之一[1]。
2.1.2 切削淬硬模具
在高速铣削淬硬模具时采用的刀具材料有硬质合金涂层、陶瓷、立方氮化硼(CBN)、聚晶立方氮化硼(PCBN)等。
硬质合金涂层刀具中可用于加工高速铣削淬硬模具立铣刀主要是超细颗粒硬质合金Ti Al N立铣刀[4]，但这类刀具不可再磨，成本较高。陶瓷刀具的优点是硬度高、耐磨性好、化学稳定性好，与金属的亲和力小，抗粘接结性能好，因此特别适合加工高硬度材料，其最佳切削速度比硬质合金刀具高3—6倍。其中，氮化硅陶瓷(Si3N4)刀具的硬度、耐热度和抗热冲击性能高于一般陶瓷，可切削硬度达63HRC的淬硬模具。切削硬度达65HRC的淬硬模具可采用晶须强化陶瓷刀具，此种刀具是一种用氧化锆强化的陶瓷材料。晶须强化陶瓷具有其它陶瓷不具备的特点，即可在加切削液的条件下进行切削。立方氮化硼(CBN)具有高硬度(8 000—9 000 HV)、高热稳定性、高化学稳定性。其高温硬度高于陶瓷，热稳定性好于金刚石，但强度和韧性差，抗弯强度不如陶瓷刀具，故一般只用于精加工。CBN最适合加工高硬度淬火钢(硬度为57—62HRC)，加工淬火钢时推荐使用CBN刀具，其性能价格相比较合理，加工时通常应选取较小的进给量(与使用陶瓷刀具接近)。聚晶立方氮化硼(PCBN)具有极高的硬度，可使被加工的高硬度材料获得良好的表面粗糙度。晶粒中的CBN含量为50%—60%时，它具有很高的抗压强度和化学稳定性，主要用于硬切削。随着CBN含量提高，其断裂韧度和耐磨能力也随之提高，更适合切削具有硬化层的材料。PCBN刀具采用可转位刀片，减小其刀坯尺寸，来降低不重磨PCBN刀片的价格。
2.2 切削参数
切削参数包括切削速度、主轴转速、刀具直径、切削深度、切削量等，切削参数的选取对加工效率、保证加工质量和刀具使用寿命都是至关重要的。
切削速度依据被加工模具材料和使用的刀具材料不同而变化。一般认为，超高速加工各种材料的切削速度范围为:铝合金已超过1 600 m/min，铸铁为1 500 m/min，钛合金达(150～1 000)m/min，纤维增强塑料为(2 000～9 000)m/min。在淬硬模具钢高速铣削的加工中，目前还没有建立完整的加工参数表供选择，选定切削速度与机床、淬硬钢硬度、所选的刀具和加工余量有关，有时可从供应商提供的刀具资料里查得切削速度的推荐值。高速铣削淬硬钢的切削速度一般取(160～200)m/min。
在高速切削中，主轴转速的选定可参考以下关系式:
其中:S为主轴转速(r/min);Vc为线切削速度(m/min);d为刀具直径(mm)。
当使用球头刀时，刀具直径d为平均有效直径deff，而不是其名义上的刀具直径，一般取其名义刀具直径的70%—85%[5]。
高速切削加工淬硬模具钢时，增大切削深度，使切削力显著提高，切削振动增强，表面粗糙度值增加，因此应严格设定切削深度，一般铣槽时轴向铣削深度必须小于0.05D(D为刀具直径)，侧铣时的径向铣削深度也应小于0.05D[6]。
3 加工实例
3.1 传统加工
某鞋厂大底鞋的模具型腔(见图1)，此模具材料为王牌钢，尺寸375 mm×370 mm×38 mm。其制造工艺是用普通铣床粗铣，为保证分型面的质量，预防分型面在粗加工时容易受损，在分型面上留单面余量0.80 mm。在普通机床上完成六个面的铣削，然后采用数控铣床XK800(三菱系统64位)开始数控加工模具的型腔表面。
数控加工顺序为:采用φ40R6的端铣刀粗加工，φ14的平刀二次开粗加工，半精加工采用φ12的球刀，精修加工采用直径φ10的球刀，最后局部精加工采用φ6的球刀清角，数控加工工序卡片如表1所示。采用上面的方法，再加上后续的鞋底刻字采用电火花加工，总时长为10 h 5 min。
3.2 高速切削加工
加工六面后，采用“粗、精加工一次过工艺”，选用Ti A1N涂层刀具开始高速铣削模具的型腔表面，高切削加工工艺及各阶段的加工工艺参数如表2所示。
3.2.1 粗加工
粗加工时可采用直径较大的刀具进行。并采用较大的切削速度和进给量，轴线铣削深度设为0.8 mm，这样可以减小工件表面的加工残留，切削采用型腔铣跟随周边方式，进刀方式采用螺旋进刀，具体加工参数设定如表2所示。
3.2.2 半精加工
半精加工主要以平整粗加工后的表面轮廓为目的，采用型腔铣及深度加工轮廓切削方式，对型腔较平坦的表面及陡峭的直壁进行加工，具体加工参数设定如表2所示。
3.2.3 精加工
精加工时由于上阶段的余量均匀，刀具的切削过程比较稳定。选择刀具直径为φ6的Ti A1N涂层铣刀进行型腔的精加工，刀具路径采用区域铣削式单向顺铣走刀，得到较高的光滑表面，避免往复走刀顺逆铣交替进行。在清根处理时采用清根参考刀具方式切削，具体加工参数设定如表2所示。
利用高速切削加工鞋模的总时间为2 h 36 min。
4 小结
采用两种不同切削方法对大底鞋模进行加工，传统加工所花时间为10 h 5 min，而采用高速切削方法所用时间为2 h 36 min，由此可见，高速切削加工在时间上大大缩短，而且得到了非常好的尺寸精度及表面粗糙度，从而使企业的竞争能力增强。模具高速加工技术目前已在发达国家的模具制造业中普遍应用，而在我国的应用范围及应用水平有很大差距，有待提高，由于其具有传统加工无可比拟的优势，将是今后模具加工技术必然的发展方向。
参考文献
[1]张伯霖.高速切削技术及应用.北京:机械工业出版社,2003
[2]Klocke F,Krieg T.Coated tools for metal cutting features and appli-cations.Annals of the CIRP,1999;48(2):515—525
[3]Klocke F.Improved cutting processes with adapted coating systems.Annals of the CIRP1,998;47(1):65—68
[4]全燕鸣.高速铣削淬硬模具钢的工艺性与经济性研究.工具技术,2003;37(12):6—8
[5]庄铮.淬硬钢的高速切削加工.机电工程技术,2004;33(8):153—160
铣削加工技术 篇4
摘要：针对数控加工汽车模具型腔中的典型特征拐角时，由于刀具切削余量的增加引起刀具振动加大、噪声加剧、铣削力变化明显及刀具与加工表面挤压加大产生振颤，造成刀具刚性不足、使用寿命降低、加工型面表面粗糙度不均等问题，以汽车模具典型特征拐角为研究对象，依据任意角度铣削拐角几何关系，采用有限元模拟分析方法，进行铣削力建模及仿真，首先建立任意角度拐角铣削过程平均切削厚度计算模型，然后进行铣削力系数识别试验确定铣削力系数；其次结合铣削厚度公式及铣削力系数，建立平底立铣刀拐角加工过程建立瞬态铣削力数学模型；最后对拐角瞬态铣削力进行仿真预测，并与拐角铣削加工试验结果对比，结果表明，仿真软件能有效预测拐角铣削力，为切削参数优选提供参考和理论支撑，
关键词：汽车模具；拐角；铣削力建模；仿真预测
DoI：10.15938/j.jhust.2016.04.010
中图分类号：TG506
文献标志码：A
文章编号：1007-2683（2016）04-0050-09
0引言
模具被广泛应用于汽车、航空航天等领域，而模具材料通常是典型的高强度、高硬度材料，属于难加工材料，模具形貌特征复杂，在其型面或型腔内上存在很多不规则特征的拐角，于是带来诸如加工效率不高、模具表面质量难以充分保证、刀具使用寿命过短等一系列问题，这在很大程度上制约了我国模具技术的发展，在汽车模具中的拐角表现为多样化和不规则性的尖角、圆角或钝角等，角度大小不同的过渡线连接可能出现在平面、斜面或自由曲面上，图l（a）和（b）具有不同复杂拐角的典型汽车模具样件，
模具曲面拐角处的加工，由于刀轴运动响应过快，易超出机床允许值，极易导致模具加工表面出现加工缺陷，如图l（c）所示。
目前，铣削力预测方面的研究主要集中于三轴平面及简单的曲面铣削，对于模具拐角加工刀路轨迹铣削力预测的研究相对较少，在铣削力预测建模方面，Marrtellotti最早提出了平面铣削摆线运动轨迹，同时得到瞬时铣削厚度，而且针对刀具半径远大于每齿进给的情况，把刀具刃线轨迹看做圆，Koe—ni～sberge与SabberwM确立了铣削加工力学模型的基本形式，Takashi Matsumura 利用正交切削数据建立了流屑模型，基于最小能量法提出了针对流屑模型预测的铣削力模型，但利用此预测模型需要大量的计算，过程复杂且预测精度不高，Feng等将铣刀螺旋刃投影到半球面上建立近似的刃线方程，采用包含幂函数的非线性铣削力模型，建立了考虑球头铣刀倾斜和偏心因素的铣削力模型，成群林等提出了单刃螺旋立铣刀斜角切削有限元模型，研究中考虑到了铣削加工切削厚度变化特点，提高铣削力模拟的精度，杨勇建立了双螺旋刃即主、副切削刃同时切削的有限元模型，并对钛合金材料Ti6A14v进行了铣削力模拟研究，方刚等采用DEFORM有限元软件建立了二维有限元模型，模拟了正交切削过程，分析了切削力情况，王聪康应用ABAQUS有限元分析软件对斜角铣削加工过程进行模拟仿真，建立了有限元模型，然而目前有限元模拟分析不能准确的反应实际的铣削加工过程，研究技术依然不够成熟，Li等建立了基于假设刀齿路径呈圆形的铣削力机械模型，在刀具直径远大于每齿进给量的情况下可以获取较高运算精度，但是此法的通用性较差，Wu Lm 针对薄壁件拐角铣削过程，对通过优化切削参数来优化薄壁件拐角切削及加工稳定性进行了研究，吕苗苗对型腔圆角铣削力进行了相关研究，基于切削力经验公式给出了圆角铣削力公式，但该方法需要大量的铣削力系数测试实验，并且计算精度相对较低，吴世雄等针对拐角铣削力因素做了大量实验研究，分析了主要切削参数及拐角角度对铣削力的影响，但只是定性的分析了各个因素的影响程度，而没有给出准确的拐角切削力模型，
铣削力模型建立后，铣削力的仿真可以快速的反映出加工过程中参数的相关变化规律，数控加工仿真按是否考虑物理因素分为几何仿真和物理仿真，几何仿真只考虑刀具和工件几何运动，验证数控加工程序，检查刀具的干涉与碰撞等几何因素，物理仿真是考虑加工参数下，通过仿真模拟加工过程中动态力学特性，进而分析、预测刀具振动变形和刀具磨损等物理参数，Jalili saffa建立刀具的实体模型并利用模型模拟铣削力及刀具变形，模拟结果能很好的匹配上理论分析及实验的结果；Gonzalo建立两刃刀具模型，并利用有限元对铣削过程进行分析得到铣削力；黄志刚等基于切削加工的热一弹塑性有限元技术建立了热力耦合模型并进行切削仿真，将切削力与实验数据进行分析，验证其模型的准确性，丁云鹏针对多轴联动数控机床，建立铣削力模型，利用UG软件开发铣削力仿真系统，但是其铣削力建模是基于静态完成的，实际中动态特征还没有加以考虑，
由于拐角精加工时的加工余量过小，刀具与工件的挤压作用明显，导致工件材料不能以正常的切削状态加工，瞬态强响应的切削抗力易导致刀具系统弹性变形，使得已加工表面在几何尺寸上产生加工误差，从而不能保证加工精度；侧面加工让刀使侧面间隙变小，导致刀具刚性不足，引起刀具颤振后产生凹坑、麻点和模具型面表面粗糙度不均匀，因此，模具加工前对拐角处的铣削力等物理特性进行研究，可以更有效的指导拐角型面铣削加工，减轻或避免上述问题的出现，
1.汽车模具拐角铣削建模研究
瞬时切屑厚度是铣削力机械模型中的重要参变量，是切削加工条件和铣削力微元间的纽带，Mar-telotti提出铣削加工过程中刀具运动轨迹为摆线形状，用一个简化的公式近似表达平面铣削加工过程中的瞬时切屑厚度，Li等假设刀齿路径呈圆形提出切屑厚度计算模型，在刀具直径远大于每齿进给量的情况下可以获取较高运算精度，Ku—manchik 提出的切屑厚度解析表达式考虑了刀齿间距这一影响因素所导致的误差，Sai等提出的面铣瞬时切屑厚度计算方法采用圆弧插补的模式，姚运萍提出了同时考虑刀具偏心和变形的瞬时切屑厚度预测模型，Fontaine等提出运用矢量法计算切屑厚度，但是在刀具运动轨迹较复杂的情况下，进给方向的矢量化表达将变得极其复杂，所以该方法并不具备通用性。
模具任意角度拐角的三维铣削几何示意图如图
2所示
为了描述模具任意角度拐角切削厚度，设计的铣削几何示意图如图3所示。
对相关参数进行如下设定：
1）工件信息：已加工拐角圆弧半径为R1（mm）、待加工拐角圆弧半径为R2（mm）、拐角角度为西（°），
2）刀具信息：刀具半径为R（mm）、齿数为五
3）切削参数：转速为n（r/min）、轴向切削深度为dp（mm）、径向切削宽度为dr（1nln）、每齿进给量为Z（mm/齿），
图3中，H为已加工圆弧AB的圆心，F为已加工拐角圆弧中心，点C为刀轴中心与走刀路径的交点，任意拐角铣削过程中，X方向为进给方向，z为刀具轴向，根据右手坐标系来确定y轴方向，任意角度拐角加工阶段包括：直线进入切削阶段（点I到点Ⅱ），拐角圆弧切削阶段（点Ⅱ到点Ⅲ），直线切出阶段（点Ⅲ到点Ⅳ），假设精加工后两直线段的交点为O，拐角夹角为咖，将O点作为工件坐标系XOY的坐标原点，相对于工件坐标系，已加工拐角圆弧中心H、圆弧中心点F以及几个主要关键点的平面坐标如下：
2.铣削力系数识别
通过应用快速标定铣刀铣削力系数的方法，在固定的轴向切深和接触角的情况下，通过改变进给速度进行铣削力试验，为去除刀具偏心误差的影响，可以通过预先测量主轴每转的总切削力与齿数相除，令实测平均切削力等于理论平均切削力来辨别切削力系数，由于单个的切削刃只有处于切入角切出角范围内（φst≤φj≤φex）时才参与实际切削，单个齿每转周期内的平均切削力可以通过下式（22）计算，
如式（24）所示，通过测得铣削过程中不同进给量f2下的平均切削力，就可以对这些数据进行线性回归得到铣削力系数，这种试验标定过程可以重复应用于各种形状的铣刀，也可用于新型铣刀的铣削力系数的识别，
铣削力系数识别的试验样件如图5所示，工件材料为Crl2MoV模具钢，经淬火处理，洛氏硬度为58，刀具选取直径为8的硬质合金平底铣刀，齿数为4，刀螺旋角为30。，采用全齿切削，实验中应用Kisdel9257B测力仪进行铣削力的测量，实验参数及测量的数据如表1所示。
通过把以上数据进行线性回归便可以得到铣削力系数，各个系数纷性回归如图6、图7和图8所示，得到各铣削力系数如表2所示，
3.拐角铣削力建模
为建立一个稳态下的切削力模型，需要建立两个坐标系，一个是上文提到的直角坐标系，另一个是旋转圆柱坐标系β一R—Z，这两个坐标系共用坐标原点O，前一个坐标系没有绕刀轴方向旋转，而后一个坐标系围绕刀轴旋转，图9所示是所建立的平底立铣刀刀具坐标系，φ是刀刃相对y轴的位置角度，卢是每个切削点相对于切削位置角度，θ是任意切削点相对于Y轴的位置角度，具体如图9所示，定义在X=0处时β=0，β沿着刀轴正方向逐渐增大，
切削力模型中各个位置处的切削厚度，可以应用拐角铣削过程中的几何关系计算出来的结果进行计算。
4.拐角铣削力仿真与试验对比
4.1基于MATLAB的拐角铣削力仿真软件开发
基于建立的拐角加工铣削力仿真模型，通过利用MATLAB软件完成了不同圆弧半径、不同角度拐角加工过程铣削力的仿真，并利用MATLAB中的GUI模块开发出了方便用户使用的软件应用界面，用户只需要按照界面提示信息输入相应参数，如加工工件材料信息、刀具参数信息、主要切削参数及所切削拐角的拐角角度等，就可以简单快捷的获取该条件下铣削力波形曲线，从而在切削加工前就提前预知刀具在该拐角切削过程中各个方向铣削力的大体波动情况，从而更好地指导实际加工，
基于MATLAB2010a完成的设计软件，内部使用的回调函数采用MATLAB提供的M语言编写，最后利用MATLAB中的GUI（graphical user interfaces）模块实现界面制作，用户可以通过选择、激活这些图形对象，使计算机进行用户所设定的动作或变化，然后通过属性设置及相应回调函数的输入，进行GUI界面与所编写的M文件的链接，软件开发原理如图ll所示，拐角铣削力仿真界面如图12所示。
4.2拐角铣削加工试验
基于平底立铣刀拐角铣削力建模相关理论，进行了拐角铣削加工试验，
试验刀具选用平底立铣刀，通常其切削刃螺旋角为20°一45°该刀具半径为R，刀具螺旋角为JB，立铣刀齿数为z，平底立铣刀示意图如图13所示，铣削方式为顺铣加工，拐角几何参数及切削参数如表3所示，试验测得60°拐角各个方向的铣削力如图13所示，相同切削条件下进行的铣削力仿真如图14所示。
由图14可见，在60°拐角切削过程中，铣削力会出现一定程度的波动，特别是Y方向，相比而言，z方向铣削力较为平稳，
由图14、15可见，当刀具铣削拐角时，对于x方向而言铣削力仿真值的峰值大于实际值；Y方向而言，虽然两者有一定差别，但可以看出实际值的极值处于仿真值之间；对Z方向而言，仿真值和实际值基本相同。
由此可见，本文所开发的任意角度拐角铣削力仿真软件能够较好的预测拐角铣削力，为拐角加工过程中铣削力的预测、切削参数的优选等提供有力保障，
5.结论
在各个制造业领域，模具有着广泛的应用，为了提高模具的耐用性和稳定性，加工模具所用的材料都是硬度很高的难加工材料，同时模具中还大量存在形状各异的拐角特征，在这些拐角的数控加工的过程中，往往会存在铣削力变化幅度过大、振动突然加剧，刀具磨损破损过快等现象，为了从理论上解决这些问题，，建立起拐角加工过程中能通过铣削加工参数有效预测铣削力的模型，切屑厚度能有效地将加工参数和铣削力微元间联系起来，因此从分析拐角加工中铣削参数和切削厚度的几何关系出发，最后实现针对拐角加工的铣削参数和铣削力之间的预测模型建立和仿真软件的开发，主要得到以下结论：
1）基于离散刀位点方法，通过对平底立铣刀拐角铣削进行了几何分析，建立了任意角度拐角铣削过程铣削加工参数和平均切削厚度间的计算模型，
2）采用快速标定铣刀铣削力系数的方法，通过一系列在Crl2MoV模具钢上的铣削力试验，确定了拐角铣削力模型所需的切削力系数，建立了任意角度拐角铣削力的仿真模型，该模型能够实现平底立铣刀拐角加工铣削力的仿真，
铣削加工技术 篇5
1) 密度小, 强度高, 它的强度大于高强度钢。
2) 热稳定性好, 高温强度高。在300℃~500℃以下, 它的强度约比铝合金高十倍。
3) 抗蚀性好。钛合金在潮湿大气和海水介质中工作, 其抗蚀性能远优于不锈钢, 对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力很强。对碱、氯化物、硝酸、硫酸等有着优越的抗腐蚀能力。
4) 化学活性大, 能与大气中的O、N、H、CO、CO2、水蒸气等产生剧烈的化学反应。在600℃以上时, 钛吸收氧, 形成硬度很高的硬化层。H含量上升, 也会形成脆化层。
5) 导热性差。钛的导热系数低, 约Ni的1/4, Fe的1/5, Al的1/14.钛合金的导热系数更低, 一般为钛的50%。
6) 弹性模量小。钛的弹性模量为107800MPa, 约为钢的1/2。
综上所述, 由于钛合金具有比重小、强度高、无磁性、耐腐蚀和高温的特点, 广泛用于船舶、航空航天、精密仪器仪表等领域的核心零件。
2 应用举例
以光学镜筒的机械加工为例, 通过工艺难点分析, 刀具、冷却液的选择, 不同加工策略的比较等几方面对钛合金铣削加工进行阐述。
2.1 光学镜筒零件介绍及加工内容
该零件材料采用TC4, 它是a+β钛合金, 为双相合金。零件是受力件, 内腔装光学透镜, 所以零件要求有很高的精度, 足够的强度和一定的密封性。
数控铣削需加工外形的圆弧R42.5、119下端面减重腔、140右端面减重腔及密封槽、外形斜筋及减重腔。为了使加工基准与工艺基准、设计基准统一。把加工基准设定在140右端面与￠77圆柱的中心点上。
2.2 钛合金的切削加工难点
1) 弹性模量低, 弹性变形大。接近后刀面处工件表面回弹量大, 所以已加工表面与后刀面的接触面积大, 刀具磨损加大。
2) 导热系数低, 切削温度高。刀具与切削的接触长度短, 使切削热积于切削刃附近的小面积内而不易散发。
3) 塑性低, 硬度高。使剪切角增大, 切屑与前刀面接触长度很小, 前刀面单位面积上的切削力大, 容易造成崩刃。
4) 易产生表面加工硬化。由于钛的化学活性大, 易与各种气体杂质产生强烈的化学反应, 导致表层的硬度及脆性上升。在高温时形成氧化硬层, 造成表层组织不均, 产生局部应力集中, 降低了零件的疲劳强度。切削过程中严重损伤刀具, 产生缺口、崩刃、剥落等现象。
5) 黏刀现象严重。切削时, 切屑及被切表面层易与刀具材料咬合, 产生了严重的黏刀现象。黏刀导致在切削的相对运动过程中, 引起剧烈的黏结磨损。
6) 斜面清角加工过切。由图2中M-M视图可以看到共有10处底面呈斜面的异形腔。在使用等高精加工策略后, 形腔的角落不光滑。
如果有一条沿形腔轮廓移动的刀路, 形腔的角落将很光滑。由图3会发现刀路在具有斜率的地方发生了过切。
7) 深圆弧面的加工。由主视图可知, 在三轴机床上加工R42.5圆弧面 (如图4所示) 需要一把底部直径大于24mm, 顶部直径小于10mm, 长度大于129mm的立铣刀。根据前面对钛合金的切削加工特性的分析, 是完全加工不出的。
8) 密封槽的加工。密封槽的尺寸:宽3.8mm、深1.97mm, 由于槽宽限制, 铣刀直径只能小于3.8mm。根据铣刀标准选用￠3立铣刀。
传统加工采用0.5mm层铣法, 它是Z轴作间隙运动, 刀具沿XY轴作进给运动。由于在铣削过程中, 每个刀齿的切削厚度都比较小, 刀齿在极薄的切削厚度下进入切削, 刀齿要经过一段滑擦才能切削。造成刀具后刀面的磨损, 使切削力增大。切削力沿径向作用于刀具, 会造成刀具弯曲, 缩短刀具寿命, 这种情况对直径较小的刀具将更加明显。再因￠3立铣刀自身刚度差, 容易粘刀, 散热性差, 易断刀。刀具折断时因离心力的作用, 刀具在折断点会发生啃刀, 密封槽将失去密封效果, 造成零件报废。
3 解决问题的措施
3.1 刀具的选择
3.1.1 刀具材料的选择
由于钛合金强度高、韧性大、粘附性强和导热性差。粗加工时, 切削用量大, 切削力大, 切削过程中会产生较大的冲击力和振动, 这就要求刀具具有一定的韧性和抗弯强度。选用W2Mo9Cr4V4Co8材料粗齿高速钢铣刀, 因为它含钴量多, 所以它具有一定的抗弯强度和抗冲击韧性。再者高速钢铣刀齿数少, 有较大的容屑空间, 便于排屑。但是由于高速钢铣刀的耐磨、性耐热性和抗弯强度不如硬质合金铣刀, 在加工过程中要让刀。精加工选用GC1030 (HC) -S15材料细齿硬质合金铣刀, 它是一种主要含碳化钛, 氮化钛的PVC涂层硬质合金立铣刀。具有良好的抗积屑性和抗塑性变形性。在加工过程中同时参与切削的齿数多, 切削力小, 切削过程平稳, 可以获得很高的加工表面质量。高速钢材料与硬质合金材料性能比较如表1所示。
3.1.2 刀具几何参数的改进
由于钛合金硬度高、弹性模量低, 弹性变形大, 切屑集中在刀尖附近, 使剪切角增大。标准立铣刀的前角为10°~15°, 对加工钛合金材料前角太大, 排屑不顺畅, 不易带走切削热, 易产生积屑瘤。所以加工钛合金材料时前角应修磨至2°~6°, 以增大容屑空间, 减少刀尖附近的切削热。标准立铣刀的后角为16°, 由于后角太大, 会降低刀具和刀刃强度。所以加工钛合金材料时后角应修磨至6°~12°, 以减小后刀面与已加工表面的摩擦, 使切削轻快, 刀刃磨损减小, 增强刀具和刀刃强度。另外过渡刃应修磨成0.5~1mm圆弧, 以保护刀尖。加工钛合金铣刀的几何参数如表2所示。
3.2 切削参数的优化
切削速度对切削刃的温度影响很大, 切削速度越高则切削温度剧增, 切削温度的高低直接影响刀具寿命。由于钛合金导热性差、易粘刀产生积屑瘤, 所以切削速度较低, 以避开积屑瘤和鳞刺的产生;较小的进给量可以提高表面粗糙度, 减小弹性变形。但是由于钛合金易形成氧化硬层, 进给量太小会使刀具在硬化层内切削, 增加刀具磨损;背吃刀量大可以避免刀尖在硬化层内切削, 减小刀具磨损。还可增加刀刃工作长度, 有利于散热, 背吃刀量可选择D/2但不超过5mm。铣削用量参数如表3所示。
3.3 走刀方式的选择
铣削钛合金时, 宜采用顺铣。顺铣时, 由于刀齿切出时的切屑很薄, 不易产生积屑瘤, 能减小黏结磨损。逆铣正好相反, 容易黏屑, 当刀齿再次切入时, 切屑被碰段, 容易使刀具材料剥落、崩刃。但是, 顺铣时由于钛合金弹性模量小, 容易造成让刀现象, 因此需要光刀一次。顺铣时作用在工作台上的水平分力与走刀方向相同, 由于丝杠与螺母之间有间隙, 会使工作台突然窜动, 发生啃刀。但是数控加工中心进给丝杠与螺母无间隙, 这为采用顺铣走刀方式提供了方便。
3.4 切削液的配制
切削液选用不含氯的水溶乳化液, 它不腐蚀已加工表面。粗加工需要利用切削液带走大量的切削热, 保证切削刃强度, 减少刀具磨损, 以冷却为主, 按比例配制成5%的浓度。精加工为提高已加工表面质量, 减小切屑与前刀面之间摩擦角, 增大剪切角以减小铣削力, 以润滑为主, 按比例配制成10%的浓度。
3.5 斜面清角加工过切问题的解决──刀心轨迹偏移法
如图6 (a) 所示, 在△aob中ob=Sin (θ-90°) R所以过切量G的公式为:
为此必须把刀具中心轨迹沿斜面法向偏移0.402mm, 过切问题得以解决, 如图6 (b) 所示。
3.6 深圆弧面的加工
在三轴数控铣床上安装一台绕X轴旋转的数控转台, 在A轴上加工, 如图7所示。
由于R42.5圆弧面两端要清根, 所以选择￠10立铣刀在A轴上加工。但是由于立铣刀有1°~2°的副偏角k′r, 所以加工后表面粗糙度达不到图纸要求 (如图8所示) 。
为消除副偏角对表面粗糙度的影响, 需要点接触刀具, 选用￠6球头铣刀进行精加工。
提高表面粗糙度, 除了选择合理的刀具参数、优化的铣削用量及润滑方式外, 数控编程时行距 (横向行距) 的选取决定了残留高度的大小, 残留高度是表面粗糙度一个重要指标。残留高度主要控制轮廓最大高度Ry。
所以行距的计算公式为:
其中, R为球头铣刀半径, H为残留高度。
因刀具为￠6球刀所以R=3mm, 图纸要求表面Ra3.2。考虑到机床精度, 表面Ra1.6, 对应的Ry即H=6.3μm, 代入式 (2) 得:
3.7 密封槽的加工
钻削式去除材料法是刀具沿Z轴作进给运动, XY轴作间隙运动, 快速大量地去除材料。切削力沿轴向传人主轴, 能有效刀具保护。侧向力小, 减小工件变形。切削宽度小, 产生较薄的切屑, 这些切屑能从切削刃上带走大量切削热。后刀面与已加工表面摩擦小, 切削轻快, 刀刃磨损小。有利于发挥机床加工效率, 提高刀具寿命, 节约生产成本。
4 结论
1) 钛合金的加工宜采用低转速、低进给量、大吃刀量。粗加工用含钴的高速钢铣刀, 精加工用含碳化钛的涂层硬质合金铣刀, 可以做到质量、效率与成本的平衡。
2) 通过计算分析可以得出, 斜面的斜率变化会导致球头刀与斜面切削点的位置改变。
3) 加工切削性能差、切削加工困难的窄槽时, 钻削式去除材料法是最佳的加工方案。
参考文献
[1]朱波.钢结硬质合金与钛合金ELID磨削技术及机理的研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2001.
[2]孙杰, 李剑峰.钛合金整体结构件加工关键技术研究[J].山东大学学报 (工学版) , 2009, 39 (3) :81-88.
[3]莫善畅, 等.Mastercam X2完全学习手册[M].北京电子工业出版社, 2007.
铣削加工技术 篇6
1 多轴数控加工中存在的主要问题
1.1 工件定位
在模具深腔曲面多轴数控铣削加工中, 工件定位问题是造成当前机床加工技术受到限制的直接瓶颈。这一方面体现在工件的重新装夹、调整和尺寸在线检测等工序都需要投入大量的资金;一方面传统的工件重新装夹方法使用的是机械夹具, 而对于给定精度要求的工件加工, 则往往需要设计专门的、全新的机械夹具, 这既需要投入大量的时间和精力, 同时也需要投入大量的资金。另外, 对于难识别基准特征的深腔曲面可能需要花费几个小时的时间来完成装夹操作, 这大大降低了加工的整体效率[1]。
1.2 数控机床技术
与以往相比, 数控机床及其加工用刀具的性能有了一定程度的提升, 但数控机床的性能却没能够得到充分的发挥。这主要是因为数控机床在加工时, 工艺的参数设置过于保守, 使得数控机床、工艺参数与刀具的选择之间不匹配, 从而制约了数控机床性能的正常发挥。
2 多轴数控铣削加工切削力研究
2.1 顺削时受力方向及其对加工的影响
以球头刀为例, 根据物理学中力的相互作用原理可知, 工件受到的轴向、切向和径向分力与微元刀刃受到的轴向、切向和径向分力大小相等、方向相反。采用顺铣切削时, 刀齿每齿的切削厚度都会由最大值逐渐减小到零。当刀具由切入到切出时, 采用顺铣削会使得刀具在整个切入切出过程中都会受到工件施加的挤压力, 从而产生欠刀现象出现, 导致切削不彻底。当刀具切出时, 其切出角为90°, 此时切削厚度为零[2]。
2.2 刀具倾角对切削力的影响
对于球头刀而言, 由于其存在前倾角和侧倾角, 使得铣削时瞬时未变形切削厚度与有效切削速度发生变化, 从而对最大切削力和平均切削力造成一定影响。
前倾角对切削力的影响。采用顺铣削, 水平方向的瞬时未变形切削厚度与垂直方向的瞬时未变形切削厚度会随着刀具倾角的变化而发生变化。当前倾角不为零时, 顺铣削的瞬时未变形切削厚度根据前倾角的正负有两种计算公式。当前倾角不同时, 顺铣削的有效切削速度和瞬时未变形切削厚度也不相同, 从而造成切削力的不同。采用逆铣削加工, 当前倾角不为零时, 刀具一方面在水平方向做水平运动, 一方面在垂直方向做进给运动。当前倾角不为零时, 两方向的瞬时未变形厚度与顺铣削方式计算公式相同。同时, 由于前倾角不同而引起的瞬时未变形切削厚度和有效切削速度的不同, 同样也会造成切削力的不同[3]。根据上述分析可知, 刀具倾角的不同会对深腔曲面多轴数控铣削加工的切削力产生巨大的影响, 进而影响加工的效率与质量。
3 多轴数控铣削加工技术优化策略
3.1 合理准确确定设计变量
在模具深腔曲面多轴数控铣削加工中, 其加工刀具存在刀具倾角、切削宽度、切削速度、切削深度、每齿进给量等参数变量。如果垂直刀具轴线方向的切削分量变大, 切削稳定性就会下降, 进而导致刀具变形幅度增加。在充分考虑切削力和刀具变形对深腔曲面多轴数控铣削加工产生的巨大影响之下, 当刀具倾角为40°时, 刀具变形较小;当刀具倾角在30°到40°之间时, 刀具表面粗糙度最佳。同时, 对主轴转速与每齿进给量这两个工艺参数进行优化设置, 以符合加工目标要求[4]。
3.2 刀具路径的优化
1) 合理选择铣削加工方法。目前, 铣削加工方法主要有两种, 即顺铣削和逆铣削。顺铣削和逆铣削在实际切削过程中都会产生“欠切”现象。发生“欠切”现象就会存在欠切量。欠切量是由刀具材料、刀具直径、伸出长度和切削力等多种因素共同决定的。要想得到良好的铣削加工精度, 就必须选择刀具变形量小的铣削方法。在条件相同的情况下, 顺铣削的刀具变形程度要小于逆铣削, 具有较高的加工精度。但如果想要得到最佳的表面粗糙度, 则需要选择逆铣削。在实际加工过程中, 应根据具体情况、具体目标要求, 综合考虑各方面因素, 选择最合适的铣削方法。
2) 合理选择刀具路径。在不考虑是顺铣削还是逆铣削的情况下, 铣削加工具有四种刀具路径, 包括正前倾角、负前倾角、正侧倾角和负侧倾角。不同的刀具路径具有不同的切削速度、刀具变形、表面粗糙度和切削力。当刀具倾角相同时, 正前倾角和正侧倾角的切削力都较小, 因而在满足这一条件的情况下, 铣削加工适合采用这两种刀具路径。而正侧倾角刀具路径上一刀的出刀点正好是下一刀的进刀点, 几乎没有空刀出现。所以, 为提高加工效率, 减少空刀存在, 应选择正侧倾角刀具路径加工方式。
4 结束语
综上所述, 本文以模具深腔曲面多轴数控铣削加工为主要研究对象, 从模具深腔曲面多轴数控加工中存在的主要问题, 以球头刀为例从顺、逆铣的前、侧倾角对多轴数控铣削加工切削力影响进行了研究, 从设计变量的确定、铣削方法的选择和刀具路径三方面对模具深腔曲面多轴数控铣削加工技术优化策略进行了探讨。根据文章分析可知, 模具深腔曲面多轴数控铣削加工受诸多因素影响, 只有对这些因素进行全面充分的考虑, 才能够制定出有效的优化策略, 才能推动多轴数控机床加工产业快速发展。
参考文献
[1]程雅琳.复杂曲面多轴数控加工精度预测与控制[D].济南:山东大学, 2010.
[2]张剑.整体叶轮五轴数控铣削技术研究[D].长沙:湖南大学, 2012.
[3]杨胜培.复杂曲面数控加工的若干基础技术研究[D].长沙:湖南大学, 2009.
铣削加工技术 篇7
数控加工过程中刀具相对于工件的运动轨迹称为走刀路径。走刀路径反映了工序的加工过程,确定合理的走刀路径是保证铣削加工精度和表面品质的重要工艺措施之一,也是确定数控编程的前提［1］。
影响走刀路径的因素很多,有工艺方法、工件材料及状态、加工精度及表面粗糙度要求、工件刚度、加工余量、刀具的刚度及耐用度、机床类型、工件的轮廓形状等。对于薄壁框类铝合金零件,其弹性模量为70 GPa左右,约为钢的三分之一。由于弹性模量较小,屈强比大,在铣削加工过程中极易产生回弹,特别是大型薄壁工件,让刀和回弹更为严重［2］。因此在相同外载荷作用下,铝合金材料工件比相同结构钢件变形大。不同的走刀路径对加工过程中残余应力的产生和分布趋势会产生不同的作用效果,加工路径的选择主要考虑被加工材料尽可能对称分布,以达到减小加工变形的效果［3］。
文中引入有限元中的单元生死技术［4］来仿真材料的去除,通过单元生死时机的不同来实现走刀路径的变化,研究不同走刀路径下,铣削力对零件造成的变形。
1 铣削力有限元分析
1. 1 分析方法
仿真采用的材料为航空材料7050T7451 铝合金,其杨氏模量E和泊松比v分别为71 GPa和0. 33 为了便于进行分析,对工件的材料模型作如下约定:
1) 忽略铣削热对变形的影响。一方面是为了简化分析模型,突出铣削力对加工变形的影响,另一方面从生产实践来看,在采用数控铣削时,大量使用冷却液,降低了铣削热对变形的影响。
2) 假设铣削过程中,工件材料不发生粘塑性变形。实际铣削过程中,铣刀经过的地方是会发生塑性变形的,但其只影响局部变形,相对要考虑的初始残余应力、装夹引起的弹性形变而言是较小的。不考虑粘塑性变形的另外一个原因是为了减少运算时间。
3) 假设刀具是刚性的且始终保持锋利。
4) 铣削时材料的去除过程采用单元生死技术来模拟。
5) 通过对装夹接触面限制位移和旋转的方式对模型施加装夹约束。
在生产实践中,铣削方形槽时铣刀的加工状态是不同的,首次进刀时,所有的刀齿都参与切削,亦称为满刀加工,如图1( a) 中深色单元一类的单元; 第一刀走过以后,基体上拟去除材料层一侧成为自由面,此时工作刀齿断续参与切削,如图1( b) 中深色单元一类的单元。在有限元模拟过程中,要视加载单元所处的状态确定其加载模式。
文中主要研究的是四周侧壁的加工变形,铣削力模型可以简化。铣削力可以看为二维,分解为沿刀具前进方向和垂直指向侧壁方向［5］。ANSYS中的施加方式为先选取作用单元,然后用分布力命令SFE实现,SFE有一参数指明施加力的方向。当单元处于首次加工位置时的受力状态如图1( a) 所示,单元处于二次加工位置的受力状态如图1( b) 所示。在有限元分析中,通过如图2 所示的单元杀死顺序来实现不同走刀路径的模拟。
使用ANSYS自带的参数化设计语言APDL编制程序,然后导入ANSYS中运行。程序基本流程图如图2所示。
1. 2 模型的建立
仿真将陀螺台体的薄壁铣削加工分解为3 个部分如图3 所示。图3( a) 为三角槽铣削、图3( b) 为圆形孔铣削、图3( c) 为三角形孔铣削。
图3( a) 是在一块高23 mm,带圆弧的体上铣出20 mm深的三角槽,装夹约束为限制周围4 面、底面的位移和旋转为0,它的铣削走刀路径有顺时针和逆时针。
图3( b) 是在一块60×60×5 mm方形板中心上铣出一个直径50 mm的圆孔,装夹约束为限制板4 面的位移和旋转为0,铣削走刀路径有由里到外顺时针和由里到外逆时针。
图3( c) 是在一块86×60×5 mm长方形板上铣出2 个镜像对称的三角形孔,装夹约束为限制板4 面的位移和旋转为0,2 个三角各有由里到外顺时针和由里到外逆时针两种走刀路径,因此该模型共有4 种走刀路径。
图3( a) 存在弧面不能划出图所示的正方体网格,图3( b) 圆形孔不能通过杀死正方体网格获得,对于这两种模型,通过建立局部柱坐标系的方法选取要杀死的单元,并使模型最终形状接近实际铣削后形状。
2 仿真结果与分析
2. 1 三角槽铣削加工变形仿真
图4 分别显示了顺时针走刀路径和逆时针走刀路径下,图3( a) 在x向、y向、z向的变形云图。可以看出,各方向变形最大处均为三角槽斜边与模型圆弧边之间的薄壁处,其他区域变形分布十分均匀。对于顺时针走刀,x、y、z向最大变形为: -0. 402 μm、0. 253 μm、-0. 037 μm; 对于逆时针走刀,x、y、z向最大变形为: 0. 097 μm、-0. 064 μm、0. 011 μm( 负号代表方向) 。
从各云图的最大变形值可以看出,两种走刀路径下,最大变形值从大到小均为: x向、y向、z向,同时z向的变形值明显远小于x向。这表明铣刀在内槽铣削过程中,变形主要发生在走刀平面内( xy平面) ,铣刀主轴方向( z向) 受到的变形影响较小。
比较相同轴向下不同走刀路径的变形云图,可以看出逆时针走刀时,各轴向的变形值均小于顺时针走刀路径,变形分布也更为均匀,因此逆时针走刀路径相比于顺时针更优。
2. 2 圆孔铣削加工变形仿真
图5 是图3( b) 在由里到外顺时针和由里到外逆时针两种走刀路径下各轴向的变形云图。从图5 中可以看出,两种走刀路径下,变形主要聚集在铣削过程的最后一刀,其余区域变形分布均匀,变形值均为最小。对于顺时针走刀,x、y、z向最大变形为: 0. 105 μm、- 0. 104 μm、-0. 023 μm; 对于逆时针走刀,x、y、z向最大变形为:0. 108 μm、-0. 099 μm、0. 021 μm。
同图3( a) 类似,两种走刀路径下,z向变形值最小,分布也最均匀,表明变形主要发生在铣削力作用的xy面,对于z轴影响较小。从最大变形的数值上看,两种铣刀路径下的变形接近,从最小变形的数值上看,顺时针x轴最小变形小于逆时针,y轴最小变形又大于逆时针,即顺时针走刀路径下,x轴变形分布较均匀,而逆时针走刀路径下,y轴变形分布较均匀,同时,两者在x、y轴变形数值上的差距并不是很大。
可以看出,两种走刀路径对于变形的影响类似,并没有明显的优劣。
2. 3 三角孔铣削加工变形仿真
对于图3( c) 的变形分析,应重点关注两镜像对称的三角孔竖边之间的直壁面。由于两个三角孔各有由里向外顺时针和由里向外逆时针两种走刀路径,所以模型一共有4 种走刀方式: 顺-顺、顺-逆、逆-顺、逆-逆,其中2 个三角孔的加工顺序均为先左后右。图6 显示了这4 种走刀路径下的x、y轴向变形云图,z向由于受铣削力影响较小,变形不明显而不再考虑,云图中三角孔内的三角是模型切除掉的部分。
从图6 可以看到,当右三角是都是顺时针走刀时,图6( a) 、图6( c) 的云图相同,同样,当右三角都是逆时针走刀时,图6( b) 、图6( d) 的云图相同。这表明,对于整个模型的变形,后加工三角孔的走刀路径至关重要。
针对两镜像对称的三角孔竖边之间的直壁面,右三角孔为逆时针走刀时,x向变形出现了明显的波动( 云图出现不同的色块) ; 右三角为顺时针走刀时,x向、y向变形都分布均匀。从数值上看,各种铣削路径下,右三角采用顺时针,各轴向变形的最小值及最大值都要小于逆时针加工。
因此后加工三角孔的铣削采用顺时针走刀路径将更有利于变形的均匀分布,而先加工的三角孔的走刀无论是顺时针还是逆时针,对变形的影响不大。
3 结语
将陀螺台体的薄壁铣削分解成三个模型,通过对这三种模型的有限元仿真以及对仿真结果的分析,得到以下结论:
1) 对于三角槽铣削模型,逆时针走刀时,各轴向的变形值均小于顺时针走刀路径,变形分布也更为均匀,因此逆时针走刀路径相比于顺时针更优。
2) 对于圆孔铣削模型,由内到外顺时针、由内向外逆时针这两种走刀路径对于变形的影响类似,并没有明显的优劣。
3) 对于两个三角孔铣削模型,后加工三角孔的铣削采用顺时针走刀路径将可获得较小的变形值以及更均匀的变形分布,而先加工的三角孔的走刀无论是顺时针还是逆时针,对加工变形的影响不大。
摘要：确定合理的走刀路径是保证铣削加工精度和表面品质的重要工艺措施之一,也是确定数控编程的前提。针对高速铣削过程中四周侧壁的加工变形,提出了一种基于ANSYS仿真的分析方法;将陀螺台体的薄壁铣削加工分解为3个部分,分别创建仿真模型进行ANSYS变形仿真分析;比较了不同加工路径对零件变形的影响规律,获得了较优的加工路径。
铣削加工技术 篇8
1 超声振动辅助电火花铣削加工机理
超声振动辅助电火花铣削加工机理即融入快速原型制造技术、分层制造原理等,对产品进行分层加工处理,由此获取加工元件。同时,在加工工序开展过程中为了满足元件加工要求,应于主轴头安置工具电极,且与脉冲电源两极相连,并将空气、氧气等介质置入到管状工具电极环境下,从而形成超声振动,同时通过对数控系统的操控分层扫描指定轨迹,并做好脉冲放电连续作业工作,推进电极工具伺服运动的展开,蚀除工件材料,达到工件加工目的。即在超声振动辅助电火花铣削加工工序开展过程中对空气、氧气等介质的选择提出了更高的要求,为此,相关技术人员在实践操控过程中应提高对此问题的重视程度,同时注重采用内充液式空心管状电极,且结合底面放电方式,形成X、Y伺服运动,达到超声振动加工效果,并实现Z向的间接进给,规避电极损耗等问题的凸显,影响到铣削加工加工效果,满足加工条件。
2 超声振动辅助电火花铣削加工技术分析
2.1 电火花铣削技术
电火花铣削技术,即EDM,注重运用工具电极,对数控系统进行伺服操纵,同时结合加工轨迹,做好放电加工工作,且通过机械化作业方式,铣削加工元件,达到工件加工目的,提高柔性化加工特点。例如,Masanorl Kunieda等学者在铣削加工试验活动开展过程中,即将空气作为加工介质,从而于放电间隙吹入高压气流,最终就此提升整体加工效率,同时通过电极损耗补偿运算,调整加工过程,达到最佳的工艺加工状态。同时,在电火花铣削技术应用过程中,要求相关技术人员应注重设置直流电源,且将工件、电极工具分别置于直流电源两极,形成电弧,继而在电弧作用下,按照加工轨迹要求,去除工件材料,规避传统工件加工过程中凸显出的效率较低等问题,达到高质量加工状态。此外,在电火花铣削技术应用过程中亦应保障加工运动沿Z轴垂直进行,从而实现对旋转轴位置的调节。
2.2 路径规划
在超声振动辅助电火花铣削加工作业过程中,为了满足加工条件,要求相关技术人员在对CAD/CAM系统进行操控过程中,应注重融入分层加工路径规划理念,同时在加工路径规划过程中,建构三维模型,由此形成直观性刀具轨迹,实现对电极损耗的有效补偿。同时,在铣削加工路径规划过程中,亦应引入3D曲面,继而通过CAD/CAM系统进行微细铣削,提升整体工件加工质量。例如,某工厂在工件加工过程中为了提升整体工件加工效率,即引入了CAD/CAM系统,同时在系统完善过程中增设了自动检测、补偿电极损耗等功能,从而在工件加工过程中,形成各种自由曲面,且利用插补算法对加工曲面进行描绘,并通过数控代码数据的整合,提升整体作业效率。从以上的分析中即可看出,在铣削加工工序开展过程中,强调加工路径的规划是非常必要的,为此,应提高对其的重视程度。
2.3 其他电火花加工技术
就当前的现状来看,在超声振动辅助电火花铣削加工作业中其他电火花加工技术的应用主要体现在以下几个方面:
第一,电火花沉积技术,即在电火花铣削加工放电环境下,增加工具电极材料,且通过对小电流小脉宽的应用,减少工件蚀除,形成沉积。但在沉积作业过程中,要求相关技术人员应注重对正极分配能量、负极分配能量进行控制。如,将正电极温度控制在高于熔点的状态下,而负电极温度处于熔点与沸点之间,就此达到沉积目的。例如,直径为0.19mm、140μm等微细圆柱体工件加工过程中均涉及到了电火花沉积技术的应用;
第二,多级行星电火花加工技术,即通过大能量完成粗加工过程,而利用中能量进行半精加工、小能量进行精加工,且针对进给速度等参数进行实时调整,达到最佳的工件加工状态。
3 结论
综上可知,基于现代化科学技术不断发展的背景下,对工件加工精度提出了更高的要求。因而在此基础上,为了提升工件加工效率,要求作业人员在实践加工过程中应注重引入超声振动辅助电火花铣削加工理念,同时针对加工轨迹进行合理规划,并融入电火花沉积技术、多级行星电火花加工技术等,满足工件加工要求,且就此规避传统工件加工中凸显出的精度不足等问题。
摘要：就当前的现状来看,传统铣削加工手段已经无法满足当代社会可持续发展需求,因而在此基础上,为了打造良好的加工环境,应注重在实践加工活动开展过程中引入超声振动,从而实现对电火花加工过程的有效调节,即增大脉冲放电区间、减小电弧放电、增加材料去除率,达到最佳的工艺加工状态,提升整体加工水平。本文从超声振动辅助电火花铣削加工机理分析入手,旨在引导当前加工工序开展过程中优化传统加工手段。
关键词：超声,电火花,铣削加工技术,机理
参考文献
[1]常伟杰,张建华,朱涛,王涛.超声辅助电火花加工电介质击穿电压研究[J].制造技术与机床,2012(02):52-55.
[2]朱涛,张建华,常伟杰,王涛.超声振动辅助电火花铣削间隙状态检侧与控制[J].电加工与模具,2011(01):28-36.
[3]朱涛,常伟杰,张建华.超声辅助电火花铣削电火花放电系统设[J].制造技术与机床,2011(07):87-93.
[4]朱涛,张建华,常伟杰,王涛,宋夕超.超声振动辅助电火花铣削间隙流场分析与验证[J].中国机械工程,2011.(已录用)
铣削加工技术 篇9
【关键词】MasterCAM；数控铣削加工；自动编程
数控加工是一种可编程的柔性加工方法，数控机床正向着高速、高精、高柔性、复合化的方向发展，其费用相对较高，故适用于精度高，形状复杂的零件的加工。通过对所设计的零件进行加工工艺分析，MasterCAM能绘制几何图形及建模，以合理的加工步骤得到刀具路径，通过程序的后处理生成数控加工指令代码。
一、数控铣零件加工工艺分析
如图1所示为加工的零件图，在运用MasterCAM软件对零件进行数控加工自动编程前，首先要对零件进行加工工艺分析，确定合理的加工顺序，在保证零件的表面粗糙度和加工精度的同时，要尽量减少换刀次数，提高加工效率，并充分考虑零件的形状、尺寸和加工精度，以及零件刚度和变形等因素，做到先粗加工后精加工;先加工主要表面后加工次要表面;先加工基准面后加工其他表面。
二、零件的几何建模
建立零件的几何模型是实现数控加工的基础，在进行零件的建模时，无需画出整个零件的模型来，只需要画出其加工部分的轮廓线即可，加工尺寸、形位公差及配合公差可以不标出，这样既节省建模时间，又能满足数控加工的需要;建模时，应根据零件的实际尺寸来绘制，以保证计算生成的刀具路径坐标的正确性;并可将不同的加工工序分别绘制于不同的图层内，利用MasterCAM中图层的功能，在确定刀具路径时，加以调用或隐藏，以选择加工需要的轮廓线。
三、刀具的选择及参数设置。
在模具型腔数控铣削加工中，刀具的选择直接影响着零件的加工质量、加工效率和加工成本，因此正确选择刀具有着十分重要的意义。在模具型腔铣削加工中，常用的刀具有平头立铣刀、圆角立铣刀、球头刀和锥度铣刀等。
（1）由于毛坯表面不平整，所以首先要进行表面粗加工，粗加工选用刀头直径为Φ37.5mm的面铣刀，转速为2000r/min，进给为800mm/min，采用平行切削的方法。
（2）该模型的两外形和圆孔型腔的铣削加工都用刀头直径为Φ20mm的平头立铣刀加工，可以设置主轴转速为3600r/min，机床进给为1000mm/min。走刀都为顺时针。
（3）在钻孔时，我们选用直径为Φ7.8mm的钻头打孔深17.5mm，转速1000r/min,进给为300mm/min.然后再用直径Φ8mm的绞刀绞孔深7mm。转速为800r/min,进给200mm/min,加工完成。
（4）“工商”字的雕刻采用1.5mm的中心钻，转速为1500r/min,进给200mm/min,加工完成。
四、走刀方式和切削方式的确定
1、走刀方式
在模具加工中，常用的走刀方式包括单向走刀、往复走刀和环切走刀三种形式。此零件的刀具路径由一组封闭的环形曲线组成，加工过程中不提刀，采用顺铣或逆铣切削方式，是型腔加工常用的一种走刀方式。
2、铣削方式
铣削方式的选择直接影响到加工表面质量、刀具耐用度和加工过程的平稳性。在采用圆周铣削时，根据加工余量的大小和表面质量的要求，要合理选用顺铣和逆铣，一般地，粗加工过程中余量较大，应选用逆铣加工方式，以减小机床的震动；精加工时，为达到精度和表面粗糙度的要求，应选择顺铣加工方式。在采用端面铣削时，应根据所加工材料的不同，选用不同的铣削方式。
五、刀具的切入与切出
在模具型腔数控铣削中，由于模具型腔的复杂性，往往需要多次更换不同的刀具才能完成对模具零件的加工。在粗加工时，每次加工后残留余量形成的几何形状是在变化的，在下次进刀时如果切入方式选择不当，很容易造成栽刀事故。在精加工时，切入和切出时切削条件的变化往往会造成加工表面质量的差异。因此，合理选择刀具切入、切出方式具有非常重要的意义。一般的MasterCAM软件提供的切入切出方式有刀具垂直切入切出工件、刀具以斜线切入工件、刀具以螺旋轨迹下降切入工件、刀具通过预加工工艺孔切入工件以及圆弧切入切出工件。
六、刀具路径模拟
在模具数控加工编程中，MasterCAM功能中生成刀具路径，根据二维视图，经过参数设置，生成刀具路径，通过刀具路径，我们可以预先知道数控铣削加工是否合理，这就利用了MasterCAM软件的优越性的体现。
八、实体验证
通过MasterCAM实体验证功能能够观察切削加工的过程，可用来检测工艺参数的设置是否合理，零件在数控实际加工中是否存在干涉，设备的运行动作是否正确，实际零件是否符合设计要求，这样提高了在实际加工中的安全性和可靠性。
九、自动编程的优越性。
通过计算机模拟数控加工，确认符合实际加工要求时，就可以使用MasterCAM的后置处理程序来生成NCI文件或NC数控代码,MasterCAM系统本身提供了百余种后置处理PST程序。对于不同的数控设备，其数控系统可能不尽相同，选用的后置处理程序也就有所不同。对于具体的数控设备，应选用对应的后置处理程序，后置处理生成的NC数控代码经适当修改，如能符合所用数控设备的要求，就可以输出到数控设备，进行数控加工使用，而很多模具型腔的数控加工无法用人工编程来实现，只能采用软件设计，自动编程的功能来实现大量的程序编写。
利用MasterCAM系统提供的零件加工模拟功能，能够观察切削加工的过程，可用来检测工艺参数的设置是否合理，零件在数控实际加工中是否存在干涉，设备的运行动作是否正确，实际零件是否符合设计要求。同时在模拟加工中，系统会给出有关加工过程的报告。这样可以在实际生产中省去试切的过程，缩短生产周期，可降低材料消耗从而降低产品成本，提高生产效率，从而取得良好的经济效益,大大降低了生产者的劳动强度，体现了MasterCAM在数控加工中的优越性，这是普通铣削加工做不到的。
【参 考 文 献】
[1]王 卫 兵，MasterCAM 数控加工教程清华大学出版社2005.7
[2]邓 小 玲，MasterCAM在数控加中的应用[i]煤矿机械，2004. 1. 1.
数控铣削实例编程分析与加工 篇10
关键词：数控铣削,实例,分析,加工
1 图样分析
数控铣削加工如图1。零件材料为铝合金，毛坯尺寸是126mm×126mm×16mm，准20孔不需要加工，编制加工程序。
1.1 分析结构
由图1可知，该零件需要加工一个六边形凸台，距离上表面高度为3mm，圆形凸台距离上表面高度为6mm。
1.2 确定装夹方式、工件零点
以工件下底面和准20孔的轴线为定位基准。待加工零件为对称结构，工件零点宜选择在工件上表面与孔轴线的交点处。
装夹方式：使用压板螺母、螺栓直接在铣床工作台上一次性装夹完成加工。
2 选择刀具及确定加工路线
该零件没有尺寸精度要求，加工分两步走，首先加工圆形凸台，加工轨迹为R60的圆，下刀深度3mm，分二次下刀;其次加工六边形凸台，加工轨迹为六边形轮廓，下刀深度3mm，一次加工完成。设定选取刀具为准16的平底铣刀，主轴转速1200r/min，进给速度400mm/min。如图2，圆外轮廓加工轮廓轨迹为：S-S1-S2-S3-S4。
六边形外轮廓加工轨迹如图3:s-s′-1-2-3-4-5-6-7-8
3 计算坐标
S点为XOY面上的安全起点。该点坐标S(-80,80),S1(-80,60),S2(0,60),S3和S2重合，S4(30,90)。S′(-80,51.9),1点坐标(X1,Y1)可以通过绘图得出，也可以利用三角函数求出。
1(-30,51.9)，结合轨迹点图2，很容易求出其它点坐标，分别是2(30,51.9),3(60,0),4(30,-51.9),5(-30,51.9),6(-60,0)，从图3可知，7点与1点重合，所以7(-30,51.9),8(0,90)。
4 编制程序
4.1 圆台的程序如下O0001
4.2 六边形凸台的程序如下O0002
5巧设刀具补偿参数
为了减少换刀次数，本例只选用了一把准16铣刀，由刀具补偿分析图4可以得知，加工圆台时需去除余量最大为AB之间的距离即29.1mm，然而刀具加工运行一次在XOY面上去掉金属最大余量也就16mm。对于具有刀具补偿功能的FANUC oi控制系统类型的机床来说，可巧用刀具补偿功能，进行如表1的刀具偏置参数设定。
同样的道理，为了缩短编程的长度，对于六边形凸台的加工，从图3不难得出，可进行刀具偏置参数设定如表2。
6 加工运行
当然，加工此零件，由于不更换刀具，可将程序O0001,O0002合并成一个程序，本例给出独立运行各自程序的过程。对刀完成后，圆台的加工需运行4次，第一次设定刀具半径补偿值为8，长度补偿值为0，运行程序O0001;第二次修改刀具半径补偿值为23，长度补偿值依然不变，再次运行程序O0001;第三次修改刀具半径补偿值为8，长度补偿值为3，运行O0001;第四次修改刀具半径补偿值为23，长度补偿值3不变，运行程序O0001。六边形凸台的加工需运行3次：第一次修改刀具半径补偿为8，运行程序O0002;第二次修改刀具半径补偿值为23，运行程序O0002;第三次修改刀具半径补偿值为30，运行O0002。至此，工件加工完毕。
7 注意事项
在建立刀具补偿或在撤消刀具补偿时，刀具必须移动一段距离，否则刀具会沿运动的法向直接移动一个半径量，容易发生意外。这一点在编程中规划刀具路径时需格外注意。另外，G41、G42、G40在G00或G01模式下使用，不能在G02或G03模式下使用。最后一定要将刀具补偿值在加工或运行之前设定在补偿存储器中。编程过程是制定加工工艺的过程，合理地设计编程路径，巧妙地运用刀具补偿功能，可提高编程效率和加工质量。
参考文献
[1]房连琨.数控铣床刀具半径补偿功能指令的应用技巧[J].煤矿机械,2012,33(3):132-134.