復(fù)合斜面表面粗糙度的銑加工可以這樣進(jìn)行既精確又高效

摘要：本文介紹的精確控制復(fù)合斜面表面粗糙度的銑加工方法，能夠在嚴(yán)格滿(mǎn)足技術(shù)加工要求的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合斜面工件表面粗糙度的高精度控制，同時(shí)提高了加工效率，降低了加工成本，便于操控。機(jī)械加工過(guò)程中往往會(huì)遇上具有多角度、多曲面的復(fù)雜零件及組合件，如復(fù)合斜面工件、特型刀具等各類(lèi)難加工工件。其中，如果工件的基準(zhǔn)面是一個(gè)矩形面，它的斜面同時(shí)向基準(zhǔn)面兩個(gè)坐標(biāo)方向發(fā)生傾斜，則此斜面稱(chēng)之為復(fù)合斜面，典型的復(fù)合斜面工件如星形件等。1.問(wèn)題闡述現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)復(fù)合斜面的加工方式通常是利用兩坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)的三坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床執(zhí)行“兩軸半”聯(lián)動(dòng)加工，并采用任意兩軸聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)，第三軸作單獨(dú)的周期性進(jìn)刀。然而，上述技術(shù)難于實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合斜面的表面粗糙度的一次加工到位，而且其精度受到較大的影響。其原因是：①考慮到復(fù)合斜面在空間的幾何角度影響，復(fù)合斜面與水平面所形成的二面角不同，這樣在切削步距保持不變的情況下，加工得到的表面粗糙度也會(huì)發(fā)生改變。②排除刀具磨損及走刀速度等因素，影響加工面表面粗糙度的關(guān)鍵為第三軸的單獨(dú)周期性進(jìn)刀，即切削步距的大小。當(dāng)步距偏大時(shí)，加工面的表面粗糙度值會(huì)偏大，偏離技術(shù)要求，而通過(guò)減小步距再次試切則會(huì)導(dǎo)致加工總時(shí)間會(huì)明顯變長(zhǎng)；當(dāng)步距偏小時(shí)，加工面表面粗糙度值也會(huì)偏小，雖然高于技術(shù)要求，但加工效率就會(huì)變低。如何高效、經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合斜面的切削對(duì)現(xiàn)在機(jī)械加工行業(yè)有著重要意義。2.設(shè)計(jì)思路針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本文提供了一種高精度控制表面粗糙度的復(fù)合斜面銑削加工方法，其中通過(guò)結(jié)合復(fù)雜斜面自身的結(jié)構(gòu)及其銑削加工特點(diǎn)，從多個(gè)加工參數(shù)中重點(diǎn)選擇切削步距進(jìn)行研究，并構(gòu)建特定算法來(lái)準(zhǔn)確確定其與表面粗糙度之間的互相影響，相應(yīng)能夠在嚴(yán)格滿(mǎn)足技術(shù)加工要求的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合斜面工件表面粗糙度的高精度控制。精確控制復(fù)合斜面表面粗糙度的銑加工方法包括：（1）為具備復(fù)合斜面的工件選擇裝有立銑刀的三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床作為加工設(shè)備，采用直線(xiàn)切削方式執(zhí)行加工，并將切削方向設(shè)定如下（見(jiàn)圖1）：設(shè)被加工復(fù)合斜面與水平面形成有平面角為θ的二面角，該平面角θ由處于復(fù)合斜面上的射線(xiàn)OA與處于水平面上的射線(xiàn)OB共同組成，則該切削方向保持與所述射線(xiàn)OA相重合或平行。換而言之，即切削方向?yàn)樗庸?fù)合斜面與水平面組成的二面角的平面角的一邊，并且此邊處于復(fù)合斜面內(nèi)。（2）在整個(gè)銑削加工過(guò)程中，將切削步距與復(fù)合斜面的表面粗糙度之間始終按照以下公式執(zhí)行控制：式中，L表示切削步距（mm）；Ra表示復(fù)合斜面所要求達(dá)到的表面粗糙度值（μm）；θ表示復(fù)合斜面與水平面所形成的二面角的平面角，且0＜θ＜π/2；D表示所述立銑刀的直徑（mm）；r表示所述立銑刀的刀尖圓角（見(jiàn)圖2）。所述立銑刀刀尖圓角r與所述立銑刀直徑D之間的關(guān)系優(yōu)選設(shè)定為0＜θ＜π/2?？傮w而言，通過(guò)本文所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過(guò)對(duì)其工藝加工條件進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，尤其是從多個(gè)加工參數(shù)中選擇切削步距并對(duì)其與表面粗糙度之間的相互影響關(guān)系進(jìn)行研究，測(cè)試表面能夠在實(shí)際銑削過(guò)程中在加工質(zhì)量和加工效率獲得較好的平衡，同時(shí)顯著改善現(xiàn)有技術(shù)中復(fù)合斜面表面粗糙度難于一次性加工到位和精度偏低的問(wèn)題，因而尤其適用于各類(lèi)具備復(fù)合斜面的難加工工件的銑削加工場(chǎng)合。3.具體實(shí)施方式圖3所示是按照本文所構(gòu)建的復(fù)合斜面銑削加工方法的工藝流程圖。如問(wèn)題闡述部分所解釋的，本工藝方法正是對(duì)于復(fù)合斜面之類(lèi)的難加工工件銑削而言，影響其加工表面粗糙度的關(guān)鍵因素在于第三軸的單獨(dú)周期性進(jìn)刀，即切削步距的大小。相應(yīng)地，專(zhuān)門(mén)對(duì)此進(jìn)行了研究并相應(yīng)構(gòu)建算法，來(lái)準(zhǔn)確確定其與表面粗糙度之間的相互影響關(guān)系。下面將進(jìn)一步解釋上述算法公式的推導(dǎo)過(guò)程。根據(jù)圖2可得R=[D－2r（1－sinθ）]/2（1）式中，

D

表示立銑刀的直徑（mm）；r表示立銑刀的刀尖圓角；θ表示復(fù)合斜面與水平面所形成的二面角的平面角，且0＜θ＜π/2；R表示有效切削刀具半徑（mm）。根據(jù)多次的對(duì)比測(cè)試和實(shí)際加工結(jié)果，可形成圖4所示的三角形CDE，并表示為式中，Ra'表示每切削步距在水平方向殘留高度（mm）；L表示切削步距（mm）。因Ra'與Ra、θ存在如下關(guān)系Ra'＝Ra/sinθ

（3）將式（1）、式（3）代入式（2），整理后可得4.結(jié)語(yǔ)通過(guò)本工藝方法，將直徑為D，刀尖圓角為r的立銑刀裝入三軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控銑床，運(yùn)行相應(yīng)數(shù)控程序，并按照上述的直線(xiàn)切削及切削策略執(zhí)行加工；與此同時(shí)，在整個(gè)銑削過(guò)程中將切削步