如何加工封闭圆形型腔零件？

任务描述

该零件采用数控加工中心完成加工，按图样要求制订加工工艺方案，选择合适的刀具和合理的切削用量，加工出的零件应符合图样技术要求，进行加工操作时要符合操作规程，能熟练操作数控加工中心实施对零件的调整加工、尺寸精度的检测及对设备的日常维护与保养。

图2-104 圆形内腔槽板零件

任务工单

图2-104所示为圆形内腔槽板零件，材料为铝合金，毛坯尺寸为100mm×100mm×25mm，外表面均已加工，要求对零件内腔进行编程加工，单件生产。

任务准备

1.圆形内轮廓零件加工的进退刀路线

在铣削内轮廓表面时，同铣削外轮廓一样，刀具同样不能沿着轮廓曲线的法向切入和切出。零件若有内拐点，刀具的切入切出点应选在内轮廓曲线的拐点处，如图2-105a所示；当内轮廓无拐点时，刀具可以沿着一过渡圆弧切入切出工件轮廓，如图2-105b所示。

图2-105 刀具切入和切出内轮廓的进给路线

a）带拐点的内轮廓 b）不带拐点的内轮廓

2.铣削内型腔立铣刀的轴向进刀方式

（1）垂直进刀 对于垂直进刀可分两种情况：一种是对于中心切削立铣刀，在铣削平面轮廓工件时可直接轴向进刀，铣削一般采用分层切削，即分层切除加工余量，切削中从工件上一切削层进入下一切削层时要求铣刀沿轴向切削，如图2-106所示；另一种是对于在铣刀端面有中心孔或切口的立铣刀，则不具备钻孔功能，需在工件上预制孔，沿孔直线进刀，在工件上立铣刀轴向进刀的位置应预制一个比立铣刀直径大的孔，立铣刀的轴从预制孔引入工件，然后从刀具径向切入工件，此时需多用一把钻头，建议不使用，此种铣刀一般一次钻孔深度不大于0.5mm。

（2）琢钻进刀 在两个切削层之间钻削切入，层间深度与刀片尺寸有关，一般为0.5～1.5mm，如图2-107所示。

图2-106 垂直进刀

图2-107 琢钻进刀

（3）螺旋进刀 刀具从工件上表面开始，采用连续的加工方式，容易保证加工精度，而且，由于没有速度突变，可以用较高的速度进行加工。同时要求设置合适的刀具进给、切削深度等切削参数，这样才能符合高速加工的要求，螺旋切向进刀对铣刀轴向载荷的减少最大，所以加工对轴向载荷敏感的零件，还是以螺旋进刀为好。螺旋进刀如图2-108所示。

（4）斜向进刀 斜向进刀方式是使刀具与工件保持一定的斜角进刀，直接铣削到一定的深度，然后在平面内进行来回铣削，因为采取侧刃加工，加工时需要设定刀具切入加工面的角度。这个角度如果选得太小，加工路线加长；反之，又会产生端刃切削的情况，加剧刀具磨损，如图2-109所示。斜向进刀时，背吃刀量应小于刀片尺寸。

图2-108 螺旋进刀

图2-109 斜向进刀

坡角α计算公式为

tanα=a_p/l_m

式中 a_p——背吃刀量（mm）；

l_m——坡的长度（mm）。

问题思考

键槽立铣刀是否属于中心切削立铣刀？它与普通立铣刀相比具有哪些优点？

3.SIEMENS802D系统圆形型腔铣削循环POCKET4

【格式】 POCKET4（RTP，RFP，SDIS，DP，PRAD，PA，PO，MID，FAL，FALD，FFP1，FFD，CDIR，VARI，MIDA，AP1，AD，RAD1，DP1）

其参数示意图如图2-110所示。

图2-110 圆形型腔铣削循环POCKET4的参数示意图

【说明】 该指令用于加工在平面中的圆形型腔。精加工时需使用带端面齿的铣刀。深度进给始终从槽的中心点开始并垂直执行，另外在调用该循环指令前必须定义刀具补偿，否则，循环将终止并产生报警，在循环内部，使用了一个影响实际值显示新的当前工件坐标系，此坐标系的零点为型腔中心点，在循环结束后原始坐标系恢复。

圆形型腔铣削循环POCKET4的参数及说明见表2-41。

表2-41 圆形型腔铣削循环POCKET4的参数及说明

任务实施

1.图样分析

1）该零件为方形圆内腔结构零件，有尺寸精度、垂直度及表面粗糙度要求。

2）该零件坯料各面已经加工完成，为达到零件图上圆形型腔深度尺寸8⁰_-0.045mm的要求。应采用两次深度进给；圆内腔有ϕ60₀^+0.04mm及表面粗糙度值Ra3.2μm的要求，圆内腔侧面应采用粗、精铣加工。

2.工艺分析

1）根据零件结构特点，选用ϕ16mm的硬质合金键槽立铣刀粗、精铣凹槽，在中心点垂直两次进刀，每次4mm，内腔周边留0.5mm精加工余量，该刀具设置两个刀补号D1和D2。

2）加工路线：采用从圆心点垂直下刀，顺时针切入、绕行（顺铣）环切进给加工方式，最后顺时针切出。

3）对于圆形型腔零件的铣削加工，采用平口钳装夹，工件高于钳口5mm，在工件下表面与平口钳之间放入精度较高的平行垫铁，其厚度与宽度应适当，由于上表面已加工完成，因此上表面应采用百分表找正后夹紧。

3.工艺准备

（1）设备华中HNC-22M系统或SIEMENS 802D系统数控加工中心，配套机用平口钳（手动平口钳）。

（2）量具0～120mm游标卡尺、0～100mm深度千分尺、50～75mm内径千分尺、0～10mm百分表及表座、Z轴设定器、ϕ10mm寻边器。

（3）其他垫铁若干，橡胶锤或纯铜棒。

4.刀具清单

刀具清单见表2-42。

表2-42 刀具清单(www.xing528.com)

5.工艺流程

工艺流程见表2-43。

表2-43 工艺流程

（续）

6.工艺制订

数控加工工艺卡见表2-44所示。

表2-44 数控加工工艺卡

工件坐标系的原点设置在零件上表面圆形型腔中心，将X、Y、Z向的零偏值输入工件坐标系G54中，工件上表面为Z0。

7.华中HNC-22M系统数控程序及说明

编程提示

圆弧切入、切出需要特别注意以下两点：

1）编程时，切入、切出直线运动的距离只有大于刀具半径，才能保证刀具半径补偿的建立和取消。

2）圆弧切入切出半径也必须大于刀具半径、小于要切削的圆弧轮廓半径。

8.SIEMENS802D系统数控程序及说明

方法一：

方法二（圆内腔中部余料需手动方式清除）：

零件加工及检测

1）打开总电源、机床电源，开启数控系统。

2）检查机床状态，手动低速运行主轴及X、Y、Z轴动作。

3）机床回参考点（回零顺序Z、X、Y）。

4）检查夹具，使用百分表将钳口与X轴的平行度误差控制在0.02mm以内。

5）使用平口钳夹紧工件，工作面超出钳口5mm。

6）输入零件加工程序，检查程序并模拟校验进给路线。

7）X、Y向对刀，使用寻边器设置X、Y零点，输入H1刀具长度补偿参数值和D1、D2、D3刀具半径补偿参数值。

8）安装ϕ16mm键槽铣刀，试切对刀在偏置寄存器中Z值设定为0。

9）检查并清理工作台上的无关物品。

10）使用单段模式，将快进调至低挡，刀具接近工件后快进再调至100%，工件试切加工。

11）检验零件尺寸。

12）加工结束，卸下刀具、工件，清理机床。

将所测结果填写零件检测评分表，见表2-45。

表2-45 零件检测评分表

注意事项

1）由于工件有垂直度要求，因此装夹工件时，下表面必须垫高精度的规整垫铁，并用百分表找正后装夹，并用橡胶锤打紧。

2）键槽铣刀的外径尺寸精度要比立铣刀要高，因此为了提高工件的尺寸精度，一般在铣削内腔工件时尽量选用键槽铣刀。

3）刀补不要加在内轮廓上，以免产生过切现象。精铣时，采用顺铣加工，以提高工件表面质量和尺寸精度，加工时还应注意防止铣刀与工件发生干涉。

4）刀具首先应从型腔的边缘开始去除精加工余量，但刀具只沿着型腔轮廓切削一次，进给路线一个到达拐角半径的1/4圆，此时路径的半径最大为2mm，若空间较小，其半径可以等于型腔半径的差，然后再对型腔底进行精加工余量的去除，同样型腔底也只加工一次，若某处精加工余量设置为零，则刀具将跳过该处精加工。

任务扩展

1.凹模板零件如图2-111所示，材料为45钢，毛坯尺寸为63mm×63mm×25mm。要求：坯料规方，进行工艺分析，确定工件坐标原点，编写加工程序，加工零件，检测零件的尺寸精度。

图2-111 凹模板零件

2.双层凹圆模板零件如图2-112所示，材料为45钢，毛坯尺寸为ϕ80mm×30mm。要求：平上、下表面保证长度，进行工艺分析，确定工件坐标原点，编写加工程序，加工零件，检测零件的尺寸精度。

图2-112 双层凹圆模板零件