铣削加工外球面的技巧与方法

试编制图4-36所示外球面的铣削加工工艺与数控程序。

图4-36 外球面零件的加工

1.加工原理

无论需要加工的外球面是一个完整（标准）的半球面还是半球面的一部分，均假设待加工的毛坯为一圆柱体，图中阴影部分即为使用平底铣刀进行粗加工时需要切除的部分，以自上而下的等高方式逐层去除加工余量，每层以G02方式（顺铣）铣削加工。在每层加工时，如果被去除部分的宽度大于刀具直径，则还需以G02方式由外至内多次铣削加工。

为了便于描述，每层加工时刀具的开始和结束位置均指定在OXZ平面内的+Y方向，外球面的粗加工通常使用平底铣刀在Z方向进行分层铣削，即使用平底铣刀由上而下（或由下而上）以等高方式逐层切削，每层采用G02/G03圆弧插补铣削。编程时为了保证加工余量的均衡，在Z方向进行分段，以Z等于某个值为一个步距，并把Z作为自变量，圆弧半径作为Z的函数。

2.工艺分析

进给轨迹的处理：用立铣刀铣削曲面是刀尖或部分刀沿完成的，当刀尖沿圆弧运动时，其刀具中心运动轨迹是与零件轮廓相似的圆弧，但两个圆弧的圆心与半径均不相同，如图4-37a所示。

对球头铣刀加工，曲面加工是球头铣刀的切削刃完成的，其刀具中心是球面的同心球面半径相差一个刀具半径，如图4-37b所示。

（1）刀具选择 球面加工使用的刀具：粗加工可以使用键槽铣刀或立铣刀，也可以使用球头铣刀，精加工应使用球头铣刀。由于采用三轴联动，刀具轴线不可能随时与球面各点的法线一致，因此是近似加工，存在原理误差。

（2）进给路线 球面加工的进给路线一般是一系列水平面截球面所形成的同心圆。在进给控制上有从上向下进给和从下向上进给两种，一般应从下向上进给来完成加工，此时主要利用铣刀侧刃铣削，表面质量较好，端刃磨损较小，同时切削力将刀具向“欠切”方向推，有利于控制加工尺寸。

（3）进刀点的计算与控制 先根据允许的加工误差和表面粗糙度要求，确定合理的Z向进给量，再根据给定加工深度Z，计算加工圆的半径，即X=SQRT（R²-Z²），此方法进给次数较多。另一种方法是先根据允许的加工误差和表面粗糙度，确定两相邻进刀点相对球心的角度增量，再根据角度计算进刀点的R值和Z值，即Z=Rsinθ，X=cosθ，如图4-37c所示。

图4-37 外球面加工进刀点的计算与控制

3.编制程序(www.xing528.com)

（1）根据宏程序格式要求设定参数（用平头刀进行粗加工外球面

#1=（A）—外球面的圆弧半径。

#2=（B）—平底铣刀半径。

#3=（C）—球面起始角度，#3≤90°。

#4=X（1）—球面终止角度，#4≥0°。

#17=（Q）—Z坐标每次递减量（即Z方向进刀的层间距）。

（2）宏程序

程序如下：

加工一个外球面，球面半径为200mm，平头刀直径为30mm，外球面起始角度为90°，终止角为0°，Z轴每层递减量为1mm，其程序如下：

点评

本例采用了无摆动轴的三轴联动方式及内、外两层循环编程方式，存在原理误差。从N30到N105为外层循环，采用WHILE…DO循环，用于控制球体分层加工；从N70到N95伋为内层循环，采用WHILE…DO循环，用于控制每层球体加工。由于刀具轴线不可随时与球面轮廓线切线垂直，因此是近似加工，否则需要1～3个摆动轴才能实现无原理误差的加工。