CN111215675A - 开放式二维型腔的插铣加工方法 - Google Patents

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CN111215675A CN202010085032.1A CN202010085032A CN111215675A CN 111215675 A CN111215675 A CN 111215675A CN 202010085032 A CN202010085032 A CN 202010085032A CN 111215675 A CN111215675 A CN 111215675A
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魏兆成
王敏杰
何少林
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

本发明提供一种开放式二维型腔的插铣加工方法，包括以下步骤：获取型腔及刀具的指定参数，根据获取信息计算出孤角与工件侧壁AB交点a的坐标，计算出忽略孤角影响情况下，刀具沿路径1切削刃与工件侧壁BD接触时，轴向插铣切削的次数m1，及为了规避孤角的产生，改变切削路径时，沿原移刀路径1已经轴向插铣切削的次数m2，为了保证改变移刀路径后切除原孤角位置处材料时的稳定性，m1‑m2的取值应大于1，在插铣走刀接近工件加工区域边沿，即将产生孤角位置时，通过改变移刀路径的方式实现，来规避孤角的产生，孤角的规避可以在保证刀具寿命和加工质量的前提下利用插铣加工充分提高开放式二维型腔的加工效率。

Description

开放式二维型腔的插铣加工方法
技术领域
本发明涉及铣削加工领域，涉及一种开放式二维型腔的插铣加工方法。
背景技术
型腔是指具有开放轮廓边界或封闭轮廓边界的平底或者曲底凹坑且可能存在一个或者多个不加工的岛屿，是机械加工中最常见的结构特征。
常规开放式型腔加工主要是通过层铣的方法进行，层铣主要包括：行切法、环切法和螺旋线法等方法。行切法又分为单向行切法和双向行切法，单向行切法在加工过程中刀具始终保持顺铣或逆铣的切削方式，故单向行切法存在大量的跳刀，其中50％以上的路径为非切削刀轨，加工效率低；双向行切法在加工过程中刀具在顺铣和逆铣两种切削方式之间交替进行，故能减少来回跳刀的路径长度，可以提高切削效率。虽然减少了来回跳刀的路径长度，但是在加工过程中往复出现顺逆铣，将降低加工质量和刀具寿命，不利于型腔的实际加工。环切加工由于加工轨迹连续，在加工过程中能够一直保持顺逆铣，切削效率和加工质量高，但由于型腔轮廓本身形状和刀轨环在偏置中容易发生自交，在生成的环切刀轨中普遍会产生一系列拐角，这些拐角在加工过程中会引起切削力大小和方向的突变，并带来机床频繁加减速等问题，频繁的加减速会在一定程度上降低加工效率，螺旋线法具有较好的切削轨迹，适用于高速铣削场合，螺旋线加工法对加工轮廓形状有一定要求，最好是近似圆形和单连通的区域，其他的轮廓形状并不适用螺旋线法，因此螺旋线法的通用性不是太高，应用范围较小。
随着工业技术的不断发展以及人们对效益的不断追求，传统层铣对于需要去除大量材料、刀具悬伸长度较大的难加工材料以及难加工零部件的加工效率已经不能满足人们对低成本高效益模具生产的需求。
插铣加工是指在加工过程中刀具沿刀轴方向做进给运动，利用底部的切削刃进行钻、铣组合切削。由于插铣加工的特殊性，将插铣加工应用于深腔类零件的加工中相对层铣可以大幅提高加工效率。但使用插铣法加工开放式二维型腔时，会在工件的边缘产生孤角。产生的孤角会造成刀具的剧烈振动，从而降低刀具寿命，甚至直接造成刀具的破损。
发明内容
根据上述提出使用插铣法加工开放式二维型腔时，会在工件的边缘产生孤角，产生的孤角会造成刀具的剧烈振动，从而降低刀具寿命，甚至直接造成刀具破损的技术问题，而提供一种开放式二维型腔的插铣加工方法。本发明主要利用改变移刀路径的方式，从而在不产生孤角的前提下，有效提高开放式二维型腔的加工效率。
一种开放式二维型腔的插铣加工方法，包括以下步骤：
S1、获取型腔及刀具的指定参数，设定刀具半径为R，径向切削宽度为ae，插铣步距为ap，工件沿移刀方向的长度为x，产生孤角时，刀具与工件侧壁AB及BD的交点为a点和b点，并将A点作为工件的坐标原点，AB作为X轴，AE作为Y轴，刀具圆心起始切入点坐标为(ap-R，ae-R)；
S2、根据上述信息计算出孤角与工件侧壁AB交点a的坐标；
S3、计算出忽略孤角影响情况下，刀具沿路径1切削刃与工件侧壁BD接触时，轴向插铣切削的次数m1，及为了规避孤角的产生，改变切削路径时，沿原移刀路径1已经轴向插铣切削的次数m2，为了保证改变移刀路径后切除原孤角位置处材料时的稳定性，m1-m2的取值应大于1，m1的计算公式，如公式(1)所示；
Figure BDA0002381736980000021
S4、沿路径1插铣m2次后，改变移刀路径沿路径2插铣切削，并且沿路径2切除孤角位置处的材料时，为了避免再次产生孤角，应减小刀具的径向切削宽度，将插铣切削的方式由开槽插铣变为半槽切方式；
S5、沿路径2插铣切削m3次后刀具与工件侧壁BD相交后，刀具返回原切削路径再插铣切削m1-m2次后，刀具与工件侧壁BD再次相交，m3的计算公式，如公式(2)所示；
Figure BDA0002381736980000031
S6、沿路径3插铣切削m1-m2后，由于工件侧壁上的待加工材料较少，应采用较大步距ap2的壁面插铣再轴向插铣切削m4+1次，便可完成变移刀路径去孤角插铣加工开放式二维型腔的整个过程，并且最后一次插铣时，刀具圆心的X轴坐标应与侧壁BD重合，m4的计算公式，如公式(3)所示；
Figure BDA0002381736980000032
与现有技术相比较，本发明所述的开放式二维型腔的插铣加工方法，在插铣走刀接近工件加工区域边沿，即将产生孤角位置时，通过改变移刀路径的方式实现，来规避孤角的产生，孤角的规避可以在保证刀具寿命和加工质量的前提下利用插铣加工充分提高开放式二维型腔的加工效率，可以实现开放式二维型腔的高效等高插铣加工，相对型腔层铣，可以提高型腔的加工效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明孤角示意图。
图2为本发明孤角位置计算的示意图。
图3为本发明变移刀路径去孤角插铣示意图。
图4为本发明变移刀路径去孤角刀具切削路径仿真示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
如图所示，本发明提供了一种开放式二维型腔的插铣加工方法，包括以下步骤：
S1、为规避插铣加工开放式二维型腔时产生图1中所示的孤角，获取型腔及刀具的指定参数，图2中设定刀具半径为R，径向切削宽度为ae，插铣步距为ap，工件沿移刀方向的长度为x，产生孤角时，刀具与工件侧壁AB及BD的交点为a点和b点，并将A点作为工件的坐标原点，AB作为X轴，AE作为Y轴，刀具圆心起始切入点坐标为(ap-R，ae-R)；
S2、根据上述信息计算出孤角与工件侧壁AB交点a的坐标；
S3、计算出忽略孤角影响情况下，刀具沿图3中路径1切削刃与工件侧壁BD接触时，轴向插铣切削的次数m1，及为了规避孤角的产生，改变切削路径时，沿原移刀路径1已经轴向插铣切削的次数m2，为了保证改变移刀路径后切除原孤角位置处材料时的稳定性，m1-m2的取值应大于1，m1的计算公式，如公式(1)所示；
Figure BDA0002381736980000041
S4、沿图3路径1插铣m2次后，改变移刀路径沿路径2插铣切削，并且沿路径2切除孤角位置处的材料时，为了避免再次产生孤角，应减小刀具的径向切削宽度，将插铣切削的方式由开槽插铣变为半槽切方式；
S5、沿路径2插铣切削m3次后刀具与工件侧壁BD相交后，刀具返回原切削路径再插铣切削m1-m2次后，刀具与工件侧壁BD再次相交，m3的计算公式，如公式(2)所示；
Figure BDA0002381736980000051
S6、沿路径3插铣切削m1-m2后，由于工件侧壁上的待加工材料较少，应采用较大步距ap2的壁面插铣再轴向插铣切削m4+1次，便可完成变移刀路径去孤角插铣加工开放式二维型腔的整个过程，并且最后一次插铣时，刀具圆心的X轴坐标应与侧壁BD重合，m4的计算公式，如公式(3)所示；
Figure BDA0002381736980000052
图4便是利用提出的变移刀路径去孤角方法，加工开放式二维型腔时，刀具切削路径的仿真示意图。
本发明所述的开放式二维型腔的插铣加工方法，可以实现开放式二维型腔的插铣加工，即能利用插铣加工的方式实现开放式二维型腔的高效数控加工。直接将插铣加工应用于开放式二维型腔的数控加工会在型腔的一角产生孤角，当加工到产生的孤角时会显著加剧刀具振动，刀具的振动会影响加工表面的质量并会降低刀具寿命甚至直接造成刀具的损坏。通过非预切去孤角和孤角预切的方式可以有效避免插铣加工开放式二维型腔孤角的产生，从而能够避免孤角对刀具寿命和加工表面质量的影响。
本发明所述的开放式二维型腔的插铣加工方法，通过在插铣加工过程中的合适位置改变刀具的移刀路径和径向切削宽度的方式实现，变移刀路径去孤角可以有效避免插铣加工开放式二维型腔时孤角的产生，可以实现在不产生孤角的前提下利用插铣法加工开放式二维型腔，从而提高开放式二维型腔的加工效率，是一种开放式二维型腔插铣加工工艺策略，可用于开放式二维型腔等零部件的数控加工，可以被CAM软件采用，以开发新的插铣工艺策略。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (1)

1.一种开放式二维型腔的插铣加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取型腔及刀具的指定参数，设定刀具半径为R，径向切削宽度为ae，插铣步距为ap，工件沿移刀方向的长度为x，产生孤角时，刀具与工件侧壁AB及BD的交点为a点和b点，并将A点作为工件的坐标原点，AB作为X轴，AE作为Y轴，刀具圆心起始切入点坐标为(ap-R，ae-R)；
S2、根据上述信息计算出孤角与工件侧壁AB交点a的坐标；
S3、计算出忽略孤角影响情况下，刀具沿路径1切削刃与工件侧壁BD接触时，轴向插铣切削的次数m1，及为了规避孤角的产生，改变切削路径时，沿原移刀路径1已经轴向插铣切削的次数m2，为了保证改变移刀路径后切除原孤角位置处材料时的稳定性，m1-m2的取值应大于1，m1的计算公式，如公式(1)所示；
Figure FDA0002381736970000011
S4、沿路径1插铣m2次后，改变移刀路径沿路径2插铣切削，并且沿路径2切除孤角位置处的材料时，为了避免再次产生孤角，应减小刀具的径向切削宽度，将插铣切削的方式由开槽插铣变为半槽切方式；
S5、沿路径2插铣切削m3次后刀具与工件侧壁BD相交后，刀具返回原切削路径再插铣切削m1-m2次后，刀具与工件侧壁BD再次相交，m3的计算公式，如公式(2)所示；
Figure FDA0002381736970000012
S6、沿路径3插铣切削m1-m2后，由于工件侧壁上的待加工材料较少，应采用较大步距ap2的壁面插铣再轴向插铣切削m4+1次，便可完成变移刀路径去孤角插铣加工开放式二维型腔的整个过程，并且最后一次插铣时，刀具圆心的X轴坐标应与侧壁BD重合，m4的计算公式，如公式(3)所示；
Figure FDA0002381736970000013
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何少林: "二维型腔插铣加工技术研究", 《万方学位论文数据库》 *

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