新闻资讯

模具数控加工刀具选择及铣削曲面注意事项

曲面零件、曲面工模器具是非常适合加工中心处理的工件类型。在工业领域中曲面零件应用也非常广泛，如轮机叶片、船舰螺旋桨、各圆柱圆锥面的工业产品等等。在对曲面进行加工时，一般会采用铣削的方式。铣削曲面应该注意哪些方面？完整的曲面加工流程应该是什么样的？接下来小编您共同探讨。

曲面零件的加工也遵循数控加工中心的加工规律，即粗加工（开粗）-半精加工-精加工-细节处理。自由型曲线曲面因不能由几何画法与机械制图表达清楚，成为加工中心开粗阶段首要解决的问题。

1.刀具的选择

  数控机床在加工模具时所采用的刀具多数与通用刀具相同。经常也使用机夹不重磨可转位硬质合金刀片的铣刀。由于模具中有许多是由曲面构成的型腔，所以经常需要采用球头刀以及环形刀(即立铣刀刀尖呈圆弧倒角状)。

加工曲面工件的刀具主要为球头铣刀

球头铣刀材质多为高速钢，由于结构和运动方式的原因，球头铣刀在刀尖处的切削速度很低。在使用球头铣刀，垂直于被加工面铣削比较平缓的曲面时，刀尖切出的表面质量会比较差。所以，应尽量不用刀尖切削，还应适当提高主轴转速。

2.铣削曲面零件的操作规程

开粗

对曲面零件的毛坯件进行初步处理时，为了提高铣削效率，可以据被加工曲面给出的余量，用立铣刀按照等高面逐层地进行铣削。粗铣后，曲面的形状会出现层次状分布，台阶高度则要视粗铣精度而定。粗加工时,由于加工余量和切削用量均较大,因此在切削过程中产生大量的切削热,易使刀具迅速磨损,这时应降低切削区域温度,切削液应在此阶段应用，起到润滑和冷却作用。

半粗加工

半粗加工是必不可少的，这是开粗后到精加工前的重要阶段，其目的是铣掉粗铣步骤中留下的多余部分。半精铣应采用球头铣刀来进行，其行距和步距应该比精铣大一些。需要注意的是，半精铣应当为后面的精铣工序留出0.5毫米左右的加工余量。经过这道工序，被加工表面形状已经接近于理论曲面。

精加工

精加工是终加工出理论曲面的过程。精加工的刀具首选球头铣刀，通常采用行切法。在编程时需注意折返点的选择和进给速度的确定。对于开敞性较好的零件而言，折返点应当选在曲表的外面，也就是说在编程时，应把曲面适当地向外延伸一些。

对于开敞性不好的零件，由于折返过程中切削速度会发生变化，很容易在已加工表面上及阻挡面上，留下由停顿和振动产生的刀痕，因此刚才的编程方法不适用。应该将折返点选在离开阻挡面的位置，并且在折返时要降低进给速度。对曲面和阻挡面相贯线应单作一个清根程序另外加工，这样就能够保证被加工曲面与阻挡面光滑连接，避免产生明显的刀痕。

3.铣削曲面时应注意的问题

  (1)粗铣粗铣时应根据被加工曲面给出的余量，用立铣刀按等高面一层一层地铣削，这种粗铣效率高。粗铣后的曲面类似于山坡上的梯田。台阶的高度视粗铣精度而定。

  (2)半精铣半精铣的目的是铣掉“梯田”的台阶，使被加工表面更接近于理论曲面，采用球头铣刀一般为精加工工序留出0.5㎜左右的加工余量。半精加工的行距和步距可比精加工大。

  (3)精加工最终加工出理论曲面。用球头铣刀精加工曲面时，一般用行切法。对于开敞性比较好的零件而言，行切的折返点应选在曲表的外面，即在编程时，应把曲面向外延伸一些。对开敞性不好的零件表面，由于折返时，切削速度的变化，很容易在已加工表面上及阻挡面上，留下由停顿和振动产生的刀痕。所以在加工和编程时，一是要在折返时降低进给速度，二是在编程时，被加工曲面折返点应稍离开阻挡面。对曲面与阻挡面相贯线应单作一个清根程序另外加工，这样就会使被加工曲面与阻挡面光滑连接，而不致产生很大的刀痕。

  (4)球头铣刀在铣削曲面时，其刀尖处的切削速度很低，如果用球刀垂直于被加工面铣削比较平缓的曲面时，球刀刀尖切出的表面质量比较差，所以应适当地提高主轴转速，另外还应避免用刀尖切削。

  (5)避免垂直下刀。平底圆柱铣刀有两种，一种是端面有顶尖孔，其端刃不过中心。另一种是端面无顶尖孔，端刃相连且过中心。在铣削曲面时，有顶尖孔的端铣刀绝对不能像钻头似的向下垂直进刀，除非预先钻有工艺孔。否则会把铣刀顶断。如果用无顶尖孔的端刀时可以垂直向下进刀，但由于刀刃角度太小，轴向力很大，所以也应尽量避免。最好的办法是向斜下方进刀，进到一定深度后再用侧刃横向切削。在铣削凹槽面时，可以预钻出工艺孔以便下刀。用球头铣刀垂直进刀的效果虽然比平底的端铣刀要好，但也因轴向力过大、影响切削效果的缘故，最好不使用这种下刀方式。

  (6)铣削曲面零件中，如果发现零件材料热处理不好、有裂纹、组织不均匀等现象时，应及时停止加工，以免浪费工时。

  (7)在铣削模具型腔比较复杂的曲面时，一般需要较长的周期，因此，在每次开机铣削前应对机床、夹具、刀具进行适当的检查，以免在中途发生故障，影响加工精度，甚至造成废品。

  (8)在模具型腔铣削时，应根据加工表面的粗糙度适当掌握修锉余量。对于铣削比较困难的部位，如果加工表面粗糙度较差，应适当多留些修锉余量;而对于平面、直角沟槽等容易加工的部位，应尽量降低加工表面粗糙度值，减少修锉工作量，避免因大面积修锉而影响型腔曲面的精度。

4.数控铣削曲面加工走刀路线应该如何选择

在数控铣床加工过程中，会遇到各种类型的曲面零件，比如模具、叶片螺旋桨等。由于这类零件具有复杂的型面特征，需要使用多坐标联动加工，因此多采用数控铣床、数控加工中心来进行加工。

加工时需要注意必须保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求；走刀路线要尽可能短，这样既可以简化程序段，又能够减少刀具的空行程时间，提高加工效率；数值计算应尽量简单，程序段数量少，这样有利于减少编程工作量。

下面，我们以直纹面和曲面轮廓两种曲面零件为例，看看数控铣床铣削曲面类零件加工路线的选择。

直纹曲面加工

直纹曲面边界是敞开的，数控机床常采用球头刀行切法进行加工。行切法就是指，刀具在零件轮廓上的切点轨迹是一行一行的，行间距按零件加工精度要求而确定，一般常采用两种加工路线。一种加工方案是，走刀路线垂直于曲面弯曲方向，每次都沿直线加工。这种方案优点是刀位点计算简单，程序少，加工过程更符合直纹面的形成，可以准确保证母线的直线度。

另一种加工方案是，走到路线平行于曲面弯曲方向。这种方案更符合曲面零件的数据给出情况，便于加工后检验，加工准确度高，但程序较多。由于曲面零件的边界是敞开的，没有其它表面限制，所以曲面边界可以延伸，球头刀应由边界外开始加工。

曲面轮廓加工

曲面轮廓加工应根据曲面形状、刀具形状以及精度要求选择铣削方法。最常使用的是两坐标联动的三坐标行切法，将X、Y、Z三轴中任意两轴作为联动插补，第三轴则单独做周期进刀。这种方法又称为二轴半坐标联动。加工中，将X向分成若干段，使圆头铣刀沿YZ面所截的曲线进行铣削，每—段加工完成进给ΔX，再加工另一相邻曲线，如此依次切削即可加工整个曲面。

在行切法中，选取ΔX的原则是符合轮廓表面粗糙度的要求以及刀头不与相邻表面发生干涉。使用的球头铣刀刀头半径应该选得大一些，这样有利于刀具切削热的散发。但是，刀头半径不应大于曲面的最小曲率半径。

数控铣床用球头铣刀加工曲面时，通常都是用刀心轨迹的数据进行编程。因此，球头刀与曲面切削点的位置会因为曲面曲率变化而改变，故而切削点的连线是一条空间曲线，从而在曲面上形成扭曲的残留沟纹。

这种切削路径的好处是编程计算比较简单，数控逻辑装置也不复杂，常在曲率变化不大及精度要求不高的粗加工中使用。