螺旋銑削的案例
什么是插銑？在加工中有什么用途？
例如，在一臺(tái)40級(jí)機(jī)床上可實(shí)現(xiàn)插銑深槽的加工，而此類機(jī)床不適合采用長(zhǎng)刃螺旋銑刀進(jìn)行加工，這是因?yàn)?em>螺旋銑削產(chǎn)生的徑向切削力較大，易使螺旋銑刀發(fā)生振顫。
由于插銑加工時(shí)徑向切削力較低，因此非常適合應(yīng)用于主軸軸承已磨損的老式機(jī)床。插銑法主要用于粗加工或半精加工，因機(jī)床軸系磨損引起的少量軸向偏差不會(huì)對(duì)加工質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。作為一種新型數(shù)控加工方法，插銑法對(duì)CNC加工軟件提出了新的要求。
Mastercam V9版部分功能介紹
全圓路徑中增加“銑鍵槽”及“螺旋鉆孔”。
螺旋銑削功能增加“錐度角”的設(shè)置。
鉆起始孔：在每個(gè)下刀位置，自動(dòng)創(chuàng)建鉆孔操作。
實(shí)體鉆孔：自動(dòng)檢測(cè)實(shí)體中的孔，并創(chuàng)建鉆孔操作。
新的省時(shí)高效加工控制，可選“只有精加工”或“粗加工及精加工”。
可指定單一實(shí)體面做為干涉面。
3D曲面加工的設(shè)置：加工面、干涉面、CAD檔及切削范圍等選項(xiàng)，提供更方便且更人性化的界面。
將切削方向誤差值及程序過濾合并成“整體誤差”。
在曲面加工參數(shù)(第三頁)中的高級(jí)設(shè)置，可勾選“忽略實(shí)體主體中隱藏面的檢測(cè)”，以加快復(fù)雜實(shí)體之刀具路徑的計(jì)算。
曲面粗加工→挖槽：可指定“下刀位置針對(duì)起始孔排序”。
切削深度的設(shè)置中，增加“檢測(cè)平面”功能，可自動(dòng)辨識(shí)臨界深度。
鉆削式粗加工的下刀路徑，可選擇雙向(兩點(diǎn)定義矩形)或NCI(先前操作)。
曲面粗加工→殘料加工：將8版曲面等高外形的殘料加工改為獨(dú)立的操作。
曲面粗加工的鉆削式、等高外形及殘料加工中，增加“螺旋式下刀”。
在曲面刀具路徑的間隙設(shè)置中，除了切弧半徑及切弧掃掠角度外，新增“切線長(zhǎng)度”。
曲面精加工→投影→“兩曲線的熔接”：類似曲面流線加工，但不需要是連續(xù)的曲面，且可由兩串連曲線決定切削的路徑。
曲面精加工→殘料清角：可指定“保持切削方向與殘料區(qū)域垂直”及采用“混合路徑”(在指定角度上方采等高切削，下方則改采3D環(huán)繞切削)。
展開 盤點(diǎn)那些經(jīng)典的光學(xué)加工技術(shù)應(yīng)用
目前，關(guān)于光學(xué)硬脆材料復(fù)雜幾何特征超聲輔助銑削工藝研究比較缺乏。
寧波材料所所屬先進(jìn)制造技術(shù)研究所激光與智能能量場(chǎng)制造團(tuán)隊(duì)在旋轉(zhuǎn)超聲加工領(lǐng)域進(jìn)行了一定的積累并取得新的進(jìn)展，針對(duì)K9光學(xué)玻璃材料，加工了各類型腔、表面、孔、薄壁以及復(fù)雜曲面等特征。
圖1.三軸旋轉(zhuǎn)超聲銑削加工孔/凸臺(tái)/型腔等特征
課題組成員自行搭建了三軸聯(lián)動(dòng)超聲輔助加工系統(tǒng)，超聲振動(dòng)頻率可達(dá)19000Hz以上。在該自主搭建的超聲輔助加工系統(tǒng)上進(jìn)行的部分孔、凸臺(tái)、型腔等特征加工試驗(yàn)（圖1），發(fā)現(xiàn)：使用合理的工藝參數(shù)，采用空間螺旋插補(bǔ)進(jìn)刀及超聲輔助三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)空間螺旋銑削K9光學(xué)玻璃產(chǎn)生的孔特征邊緣無崩邊，孔壁及孔底質(zhì)量均比較理想；帶超聲或無超聲加工相同特征效果會(huì)有差別，如無超聲輔助三角形型腔銑削后，加工底面會(huì)有較明顯的刀痕：不同工藝參數(shù)對(duì)加工效果影響顯著，如采用較大的切削深度時(shí)，銑削的方形或圓形型腔外邊特征會(huì)出現(xiàn)崩邊等缺陷特征；而采用合適的切削深度和走刀策略會(huì)產(chǎn)生理想的加工特征，如右側(cè)的曲面?zhèn)缺谛颓弧?DMGultrosonic80eVolinear超聲輔助五軸聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床（圖2）加工的平面、傾斜面、孔、環(huán)以及薄壁等特征（圖3）。該DMG加工系統(tǒng)最大轉(zhuǎn)速18000r/min，X、Y、Z行程分別為850mm、650mm、550mm。使用超聲刀柄，可自動(dòng)搜頻，同時(shí)，可手動(dòng)調(diào)整頻率與振幅。
所加工的特征中，傾斜平面與Z軸夾角45°，并在斜面上銑削加工了直徑8mm的孔特征，在圓形凸臺(tái)內(nèi)加工出1mm圓環(huán)薄壁。使用直徑6mm中空金剛石電鑄刀具加工平面薄壁特征時(shí)，進(jìn)給速度為600mm/min，主軸轉(zhuǎn)速為5500r/min，切寬2.4mm，切深0.03mm，最小薄壁厚度達(dá)0.3mm，取得了理想的加工效果。
展開 彎管加工，用CAM軟件來解決
在本例中最理想的刀路軌跡就是繞筒狀彎曲面螺旋向下銑削，并且內(nèi)圓曲面內(nèi)空間有限，這樣將對(duì)刀軸有嚴(yán)格要求，防止對(duì)已加工表面造成過切，故將刀具軸線限制在一條曲線上，即選用用“通過曲線傾斜”。
圖4 刀軸控制曲線的繪制
合理的刀軸控制曲線可以使刀路更加的光順，并且刀具不會(huì)大幅度擺動(dòng)。刀軸控制曲線的繪制如圖4，利用三角函數(shù)關(guān)系即可完成。刀具長(zhǎng)度的確定，圖4上39.00尺寸兩端點(diǎn)理論上是最短距離，但是考慮刀柄擺動(dòng)過程中與零件的干涉故需適當(dāng)大于39.00。刀軸線長(zhǎng)短和圓環(huán)內(nèi)孔直徑長(zhǎng)短相當(dāng)，這樣可以有效保證刀具加工到最底點(diǎn)和最高點(diǎn)時(shí)不過切。刀軸線與中心線距離理論上大于刀具長(zhǎng)度即可，這里設(shè)置為60.00，略大一點(diǎn)可以減小刀具及刀柄的擺動(dòng)幅度，使機(jī)床運(yùn)行更加平穩(wěn)。
圖5 設(shè)置刀軸控制面板
設(shè)置刀軸控制面板如圖5，選擇刀具將通過曲線傾斜，鼠標(biāo)點(diǎn)開傾斜曲線按鈕并選擇輔助傾斜曲線，曲線傾斜類型設(shè)置為由始至終。設(shè)置好合理的干涉面檢查后通過計(jì)算即可得出刀具軌跡如圖6。另外一側(cè)可以鏡像刀軸控制曲線，從新選擇引導(dǎo)線和驅(qū)動(dòng)曲面從新計(jì)算得到相同的刀具軌跡。
圖6
五、仿真模擬及后置處理
仿真模擬為機(jī)床實(shí)際加工的前期模擬虛擬加工，實(shí)際上是加工過程三維動(dòng)態(tài)的逼真再現(xiàn)，可以有效的檢測(cè)刀具軌跡的正確性及合理性，以及有無過切現(xiàn)象及碰撞現(xiàn)象，有效的降低了對(duì)機(jī)床的傷害。
圖7 仿真模擬
經(jīng)仿真模擬無誤后選擇合適機(jī)床后置處理轉(zhuǎn)換刀具軌跡為上機(jī)G代碼。在MIKRON UCP800五軸聯(lián)動(dòng)加工中心上驗(yàn)證后，以上方法切實(shí)可行，為彎管五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工提供了合理的技術(shù)支持。
展開 
【工藝知識(shí)】傳統(tǒng)鉆削與螺旋銑孔加工工藝，它們有什么區(qū)別？
螺旋銑孔過程由主軸的“自轉(zhuǎn)”和主軸繞孔中心的“公轉(zhuǎn)”2個(gè)運(yùn)動(dòng)復(fù)合而成，這種特殊的運(yùn)動(dòng)方式?jīng)Q定了螺旋銑孔的優(yōu)勢(shì)。
首先，刀具中心的軌跡是螺旋線而非直線，即刀具中心不再與所加工孔的中心重合，屬偏心加工過程。刀具的直徑與孔的直徑不一樣，這突破了傳統(tǒng)鉆孔技術(shù)中一把刀具加工同一直徑孔的限制，實(shí)現(xiàn)了單一直徑刀具加工一系列直徑孔。這不僅提高了加工效率，同時(shí)也大大減少了存刀數(shù)量和種類，降低了加工成本。
其次，螺旋銑孔過程是斷續(xù)銑削過程，有利于刀具的散熱，從而降低了因溫度累積而造成刀具磨損失效的風(fēng)險(xiǎn)。更重要的是，與傳統(tǒng)鉆孔相比，螺旋銑孔過程在冷卻液的使用上有了很大的改進(jìn)，整個(gè)銑孔過程可以采用微量潤滑甚至空冷方式來實(shí)現(xiàn)冷卻，是一個(gè)綠色環(huán)保的過程。
第三，偏心加工的方式使得切屑有足夠的空間從孔槽排出，排屑方式不再是影響孔質(zhì)量的主要因素。由此可見，該項(xiàng)技術(shù)有著廣闊的發(fā)展空間和良好的市場(chǎng)前景，但作為新的加工方式，其加工機(jī)理有待進(jìn)一步研究探討。
螺旋銑孔的優(yōu)勢(shì)
（1）提高加工孔的質(zhì)量和刀具壽命。
相對(duì)于傳統(tǒng)的鉆孔技術(shù)，螺旋銑孔顯著地提高了孔的質(zhì)量和強(qiáng)度；螺旋銑孔屬于斷續(xù)切削，較低的銑削力使得加工的孔無毛刺；刀具直徑比孔小，切屑得以順利排出，使得孔表面的粗糙度值能大幅降低；在加工復(fù)合型材料時(shí)，消除了以往傳統(tǒng)打孔由于刀尖鈍化導(dǎo)致的脫層、剝離、孔表面質(zhì)量低等情況。
傳統(tǒng)鉆孔刀具中心的切削能力低下，且易積聚發(fā)熱快速磨損，刀具壽命普遍較低；螺旋銑孔則由于較低的銑削力使刀具壽命顯著提高。
（2） 縮短研制周期，節(jié)約加工成本。
在制造飛機(jī)或其他重型機(jī)器時(shí)，使用螺旋銑孔技術(shù)將會(huì)大大縮短研發(fā)周期，降低成本。
展開 【機(jī)械原理】30個(gè)經(jīng)典機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)圖，展現(xiàn)異形件機(jī)械加工原理
與工件相關(guān)的工具點(diǎn)位置決定加工球體表面的維度
14.魯洛多邊形銑削方形（Milling square with Reuleaux polygon）
15.魯洛多邊形銑削三角形（Milling triangle with Reuleaux polygon）
16.魯洛多邊形銑削六邊形（Milling hexagon with Reuleaux polygon）
17.銑削輪廓1（Milling profile 1）
偏心粉色軸輸入。
紅色切割器在黃色工件銑削輪廓，黃色工件固定在灰色齒輪軸上。
粉色皮帶輪到灰色齒輪軸的傳動(dòng)比為6，所以創(chuàng)建的星形輪廓有6翼。
由于灰色齒輪軸的不規(guī)律旋轉(zhuǎn)，翼不是對(duì)稱的。
輪廓形狀取決于切割器和工件相關(guān)的位置。
黑色皮帶代表齒皮帶。
使用鏈傳動(dòng)代替皮帶傳動(dòng)效果更好。
18.行星齒輪傳動(dòng)軌跡B5（Loci in Epicyclic gearing B5）
銑削五角形的裝置。
r:固定綠色太陽輪的節(jié)圓半徑
R:黃色行星齒輪的節(jié)圓半徑
K=R/r=5
為了得到得到一個(gè)圓角五角形軌跡，紅色工具軸和太陽輪軸的距離為(8/30)r。
粉色盤輸入。
19.銑削阿基米德螺旋槽裝置（Device for milling Archimedean spiral groove）
錐齒輪衛(wèi)星傳動(dòng)和螺母-螺釘傳動(dòng)的結(jié)合。
20.銑削內(nèi)筒表面夾具（jig for milling inner culindrical surface）
21.鉆六角孔1a（Drilling hexagon holes 1a）
魯洛五邊形在六角形內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
五邊形不同點(diǎn)的軌跡已顯示。
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