復(fù)合斜面表面粗糙度的銑加工可以這樣進行既精確又高效

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，能夠在嚴格滿足技術(shù)加工要求的情況下，實現(xiàn)對復(fù)合斜面工件表面粗糙度的高精度控制，同時提高了加工效率，降低了加工成本，便于操控。機械加工過程中往往會遇上具有多角度、多曲面的復(fù)雜零件及組合件，如復(fù)合斜面工件、特型刀具等各類難加工工件。其中，如果工件的基準面是一個矩形面，它的斜面同時向基準面兩個坐標方向發(fā)生傾斜，則此斜面稱之為復(fù)合斜面，典型的復(fù)合斜面工件如星形件等。1.問題闡述現(xiàn)有技術(shù)中，對復(fù)合斜面的加工方式通常是利用兩坐標軸聯(lián)動的三坐標數(shù)控機床執(zhí)行“兩軸半”聯(lián)動加工，并采用任意兩軸聯(lián)動插補，第三軸作單獨的周期性進刀。然而，上述技術(shù)難于實現(xiàn)對復(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)鍵為第三軸的單獨周期性進刀，即切削步距的大小。當步距偏大時，加工面的表面粗糙度值會偏大，偏離技術(shù)要求，而通過減小步距再次試切則會導(dǎo)致加工總時間會明顯變長；當步距偏小時，加工面表面粗糙度值也會偏小，雖然高于技術(shù)要求，但加工效率就會變低。如何高效、經(jīng)濟地實現(xiàn)對復(fù)合斜面的切削對現(xiàn)在機械加工行業(yè)有著重要意義。2.設(shè)計思路針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，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，其中通過結(jié)合復(fù)雜斜面自身的結(jié)構(gòu)及其銑削加工特點，從多個加工參數(shù)中重點選擇切削步距進行研究，并構(gòu)建特定算法來準確確定其與表面粗糙度之間的互相影響，相應(yīng)能夠在嚴格滿足技術(shù)加工要求的情況下，實現(xiàn)對復(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)動數(shù)控機床作為加工設(shè)備，采用直線切削方式執(zhí)行加工，并將切削方向設(shè)定如下（見圖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OA與處于水平面上的射線OB共同組成，則該切削方向保持與所述射線OA相重合或平行。換而言之，即切削方向為所加工復(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）在整個銑削加工過程中，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，通過對其工藝加工條件進行專門設(shè)計，尤其是從多個加工參數(shù)中選擇切削步距并對其與表面粗糙度之間的相互影響關(guān)系進行研究，測試表面能夠在實際銑削過程中在加工質(zhì)量和加工效率獲得較好的平衡，同時顯著改善現(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題，因而尤其適用于各類具備復(fù)合斜面的難加工工件的銑削加工場合。3.具體實施方式圖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。如問題闡述部分所解釋的，本工藝方法正是對于復(fù)合斜面之類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周期性進刀，即切削步距的大小。相應(yīng)地，專門對此進行了研究并相應(yīng)構(gòu)建算法，來準確確定其與表面粗糙度之間的相互影響關(guān)系。下面將進一步解釋上述算法公式的推導(dǎo)過程。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)多次的對比測試和實際加工結(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)語通過本工藝方法，將直徑為D，刀尖圓角為r的立銑刀裝入三軸聯(lián)動的數(shù)控銑床，運行相應(yīng)數(shù)控程序，并按照上述的直線切削及切削策略執(zhí)行加工；與此同時，在整個銑削過程中將切削步