鋁合金高速加工進(jìn)退刀方法研究

董勝磊

摘 要：本文通過研究鋁合金高速加工時(shí)進(jìn)退刀對(duì)零件表面質(zhì)量的影響，探索總結(jié)不同零件結(jié)構(gòu)，不同加工形式下的最優(yōu)進(jìn)退刀軌跡，通過合理的進(jìn)退刀軌跡，提高零件表面質(zhì)量，提高零件加工效率。

關(guān)鍵詞：鋁合金;高速加工 進(jìn)退刀軌跡

引言

隨著我國航空制造業(yè)的迅速發(fā)展，制造業(yè)對(duì)于工件的加工質(zhì)量、效率、成本、環(huán)境影響等方面提出了新的要求。高速切削技術(shù)由于具有切削速度高、進(jìn)給速度高、加工精度高的優(yōu)點(diǎn)，符合我國當(dāng)前制造業(yè)發(fā)展的要求，受到多方面的重視。鋁合金作為較早應(yīng)用高速切削技術(shù)的材料之一，具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、成本低、加工性好的特性，在實(shí)際生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、汽車、船舶、化學(xué)工業(yè)等生產(chǎn)領(lǐng)域。本文通過研究切削鋁合金高速切削進(jìn)退刀軌跡，探索鋁合金高速加工進(jìn)退刀對(duì)零件表面質(zhì)量的影響，給出適合零件加工的進(jìn)退刀最佳軌跡，優(yōu)質(zhì)高效的加工出鋁合金零件。

1.進(jìn)退刀對(duì)零件表面質(zhì)量的影響

零件在高速銑削加工過程中，連續(xù)加工后的表面質(zhì)量良好，造成零件表面質(zhì)量缺陷的部分原因是在平穩(wěn)的銑削過程中刀具因切削力突變引起銑刀振動(dòng)，銑削震動(dòng)一般會(huì)帶來三方面的不良后果，一是會(huì)刺激操作工人引起疲勞，降低工作效率;二是會(huì)易使機(jī)床零件過早出現(xiàn)疲勞破壞;三是會(huì)導(dǎo)致被加工工件的精度和表面質(zhì)量降低，加劇刀具磨損或破損，并且影響加工效率。嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)折刀，發(fā)生更嚴(yán)重的質(zhì)量事故。銑削加工在進(jìn)刀過程中，切削力是從無到有的過程，退刀反之，在進(jìn)退刀過程中及其容易出現(xiàn)刀具振動(dòng)，進(jìn)而在零件表面進(jìn)退刀區(qū)域出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，造成零件加工成本增高，效率降低。因此在數(shù)控銑削時(shí)，刀具進(jìn)退刀軌跡至關(guān)重要，良好的進(jìn)退刀軌跡對(duì)于提高零件表面質(zhì)量，提高零件加工效率有著舉足輕重的作用。

2.主要的進(jìn)退刀分類

零件在高速銑削時(shí)，首選的也是最優(yōu)的進(jìn)退刀方式為從零件外側(cè)進(jìn)退刀，但是由于零件結(jié)構(gòu)和尺寸的限制，大部分的進(jìn)退刀不能夠從零件外側(cè)執(zhí)行，需要從零件內(nèi)部開始。根據(jù)零件結(jié)構(gòu)的不同，主要的進(jìn)退刀結(jié)構(gòu)有如下幾種：轉(zhuǎn)角加工進(jìn)退刀，側(cè)壁加工進(jìn)退刀，腹板加工進(jìn)退刀，切斷加工進(jìn)退刀，按加工方式分為粗加工進(jìn)退刀、精加工進(jìn)退刀，按零件擺角結(jié)構(gòu)可以分為三軸加工進(jìn)退刀、五軸加工進(jìn)退刀，本文將結(jié)合鋁合金高速銑削零件，側(cè)壁加工，腹板加工進(jìn)退刀，三軸、五軸加工進(jìn)退刀進(jìn)行探索研究，總結(jié)出鋁合金高速加工時(shí)對(duì)零件表面質(zhì)量影響最小的進(jìn)退刀加工方式。

3.零件進(jìn)退刀方案

3.1三軸零件進(jìn)退刀

3.1.1腹板方向進(jìn)退刀

在粗加工及精細(xì)腹板時(shí)，此時(shí)加工主要是銑刀低刃參與切削加工，而銑刀端面為排削方便都會(huì)存在一定的無切削刃區(qū)域，都會(huì)銑削加工進(jìn)退刀的主要影響點(diǎn)位避免扎刀，即避免銑刀端面無切削刃區(qū)域強(qiáng)行加工零件，會(huì)造成零件表面過燒，影響刀具使用壽命，影響零件質(zhì)量。刀具使用在此種情況下，需要刀具斜線進(jìn) 刀，為節(jié)省空間，設(shè)置為擺線進(jìn)刀。斜線進(jìn)刀的傾斜角度α則需要根據(jù)銑刀端面切削刃區(qū)域計(jì)算出，如圖所示進(jìn)刀的傾斜角度α的計(jì)算方式，擺線長度以銑刀直徑的一半為宜。以一定的角度擺線進(jìn)刀，擺線進(jìn)刀角度滿足不發(fā)生扎刀即可，角度過小則會(huì)造成進(jìn)刀時(shí)間過長，浪費(fèi)加工效率。退刀時(shí)，首先以加工速度斜線離開零件，再以退刀速度快速退出零件。

3.1.2側(cè)壁方向的進(jìn)退刀

側(cè)壁方向的進(jìn)退刀包括側(cè)壁加工進(jìn)退刀和轉(zhuǎn)角加工進(jìn)退刀，三軸加工零件這兩種類型進(jìn)退刀一致，統(tǒng)歸為側(cè)壁加工進(jìn)退刀，這種加工方式以側(cè)刃切削加工為主，在進(jìn)退刀時(shí)主要注意點(diǎn)為避免切削力突變，因此在側(cè)壁進(jìn)退刀時(shí)，徑向需要以一定的角度進(jìn)退刀，這樣切削力平穩(wěn)變化，刀具在零件側(cè)壁進(jìn)刀平穩(wěn)過渡，

徑向進(jìn)刀角度不易過大，過大則切削力不穩(wěn)定，同時(shí)徑向進(jìn)刀角度不易過小，過小則進(jìn)刀時(shí)間較長，浪費(fèi)加工效率， 數(shù)控加工常用的進(jìn)退刀為圓弧進(jìn)退刀和斜線進(jìn)退刀兩種方式，圓弧進(jìn)退刀時(shí)，圓弧小則進(jìn)退刀角度大，進(jìn)退刀不夠平穩(wěn)，大圓弧進(jìn)退刀時(shí)，進(jìn)退刀角度足夠大但是效率低同時(shí)對(duì)

斜線進(jìn)退刀時(shí)進(jìn)刀時(shí)，進(jìn)刀角度大則進(jìn)退刀不夠平穩(wěn)，進(jìn)退刀角度小時(shí)則效率低同時(shí)對(duì)空間的要求較高，兩種進(jìn)退刀方式在零件加工中均具有一定的局限性，本文推薦的進(jìn)退刀為兩種圓弧疊加的方式進(jìn)退刀，在剛接觸零件階段采用小圓弧進(jìn)退刀，此時(shí)切削量少，切削力小，應(yīng)用小的進(jìn)退刀圓弧可以提高進(jìn)退刀效率，在小圓弧進(jìn)到一定角度后改用大圓弧進(jìn)刀，此時(shí)切削量逐漸加大，改用大圓弧可以減小切削力和切削線速度，使切削力平穩(wěn)過渡。這種大圓弧接小圓弧的切削方式一方面能夠保證銑削狀態(tài)平穩(wěn)，同時(shí)效率較高，對(duì)空間的要求同樣不大，所示，通過現(xiàn)場零件切削加工，此種進(jìn)退刀切削狀態(tài)平穩(wěn)，效率高，而且切削后的零件表面質(zhì)量良好。

4.五軸零件進(jìn)退刀

五軸零件加工時(shí)，粗加工腹板加工進(jìn)退刀與三周零件基本一致，側(cè)壁加工時(shí)，與三軸零件加工有所不同，由于五軸零件側(cè)壁存在開角或比較，在切削過程銑刀角度一直在變化，在加工至轉(zhuǎn)角區(qū)域時(shí)，角度變化較大，如果在進(jìn)退刀時(shí)角度選擇不合理，會(huì)導(dǎo)致在加工至轉(zhuǎn)角區(qū)域時(shí)角度變化過大在轉(zhuǎn)角區(qū)域造成帶刀、頓刀等表面質(zhì)量隱患，同時(shí)進(jìn)退刀角度設(shè)置不合理容易切傷零件腹板，還會(huì)造成程序段冗長，增加零件加工時(shí)間，零件加工效率慢等結(jié)果。零件轉(zhuǎn)角進(jìn)退刀，常規(guī)選擇進(jìn)退刀點(diǎn)時(shí)，進(jìn)退刀區(qū)域刀具角度變化非常大，按此策略進(jìn)行進(jìn)退刀加工時(shí)，角度變化較大，加工效率較低，而且進(jìn)退刀表面質(zhì)量不能得到保證。

本文介紹一種進(jìn)退刀方式，即進(jìn)刀角度與退刀角度以相鄰的待加工側(cè)壁角度為基準(zhǔn)，以相鄰的待加工表面為基準(zhǔn)建立進(jìn)刀平面，平面近似平行于轉(zhuǎn)角后的側(cè)壁，通過建立進(jìn)退刀平面，使得進(jìn)退刀角度被限制在待加工側(cè)壁的傾斜角度，銑刀在進(jìn)刀前已完成主軸角度的偏置，在進(jìn)刀過程中不需要較大的切削角度的調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)進(jìn)退刀軌跡的平穩(wěn)光順。通過對(duì)比圖3與圖4的進(jìn)退刀加工軌跡，可以明顯看出，以進(jìn)退刀平面為進(jìn)退刀基準(zhǔn)的軌跡更工整，有利于提高零件加工效率和零件表面質(zhì)量。

結(jié)論

本文根據(jù)零件不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和切削方式的給出了幾種不同的進(jìn)退刀方案，粗加工及腹板面加工給出了擺線及斜線進(jìn)刀時(shí)進(jìn)刀角度的計(jì)算;側(cè)壁加工進(jìn)退刀引入兩端圓弧疊加的進(jìn)退刀理論;零件切斷進(jìn)退刀將擺線幾道與兩段圓弧進(jìn)退刀方式結(jié)合的方式;五軸零件開閉角過渡側(cè)壁的進(jìn)退刀引入進(jìn)刀平面的可以有效的提高零件進(jìn)退刀效率，保證零件加工的表面質(zhì)量。在鋁合高速金加工逐漸走向普及化的背景下，本文給出的三五軸零件加工進(jìn)退刀具軌跡有廣泛的應(yīng)用意義，值得被廣泛借鑒和應(yīng)用，還可以在其他材料高速加工進(jìn)退刀中進(jìn)行推廣應(yīng)用。

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