平面型腔零件的工艺分析和刀具选择

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1.工艺分析

1）进刀和退刀

与铣削外轮廓时的进刀和退刀方式类似，铣削内轮廓时也要尽量避免法向切入和切出。铣削封闭的内轮廓表面时，若内轮廓曲线允许外延，则应沿切线方向切入和切出；若内轮廓曲线不允许外延，刀具只能沿内轮廓曲线的法向切入和切出，此时刀具的切入和切出点应尽量选择在曲线两几何元素的交点处，如图4.2.2所示。

图4.2.2　刀具切入和切出点选择在两几何元素交点处

当内部几何元素相切点无交点时，为防止刀补取消时在零件轮廓拐角处留下凹口[如图4.2.3（a）所示]，刀具切入和切出点应远离拐角[如图4.2.3（b）所示]。铣削内圆弧时，为遵循切向切入的原则，可以安排从圆弧过渡到圆弧的加工路线，如图4.2.4所示，这样可以提高内孔表面的加工精度和加工质量。

图4.2.3　内轮廓加工刀具的切入和切出

（a）错误；（b）正确

图4.2.4　铣削内圆加工路线

2）型腔的铣削方法

型腔是指以封闭曲线为边界的平底或曲底凹坑。加工平面型腔时一律用平底铣刀，且刀具边缘部分的圆角半径应符合型腔的图样要求。

型腔的切削分为两步，第一步切内腔，第二步切轮廓。切轮廓通常又分为粗加工和精加工两步，型腔轮廓粗加工如图4.2.5所示，其进给路线是从型腔轮廓线向里偏置铣刀半径R，并且留出精加工余量Y。

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图4.2.5　型腔轮廓粗加工和精加工

由此得出的粗加工刀位多边形是计算内腔区域加工进给路线的依据。在切内腔时，行切法和环切法在生产中都有应用。两种进给路线的共同点是都要切净内腔区域的全部面积，不留死角，不伤轮廓，同时尽量减少重复进给的搭接量。凹槽加工进给路线如图4.2.6所示，其中图4.2.6（a）、（b）分别为用行切法和环切法加工内腔的进给路线，图4.2.6（c）为先用行切法，最后用环切法加工内腔。3 种方案中在加工质量上，图4.2.6（a）的方案最差，图4.2.6（c）的方案最好。环切法的刀位点计算稍复杂，需要一次一次向里收缩轮廓线，特别是当型腔中带有局部区域时更是如此。型腔区域加工进给路线如图4.2.7所示，其中图4.2.7（a），因要避让中间的凸台，在采用环切法时各程序段起始点坐标计算比较麻烦。而在行切法中只要增加辅助边界，如用图4.2.7（b）中所示的点画线将一个型腔分割成两个，就可以应用原来的算法处理。行切法进给路线从型腔的一侧开始，采用往复进给，即交替变换进给方向。

图4.2.6　内腔加工进给路线

（a）行切法加工内腔；（b）环切法加工内腔；（c）先行切法再环切法加工内腔

图4.2.7　型腔区域加工进给路线

（a）环切法进给路线；（b）行切法进给路线

从进给路线的长短比较，行切法要略优于环切法。但在加工小面积型腔时，环切法的程序量要比行切法小。此外，在铣削加工零件轮廓时，要考虑尽量采用顺铣加工方式，这样可以提高零件表面质量和加工精度，减少机床的“颤振”。要选择合理的进刀和退刀位置，尽量避免沿零件轮廓法向切入和进给中途停顿。进刀和退刀位置应选在不易与工件、夹具相撞的位置，并且要留有足够的空间让操作者观察切削状况和清理切屑。

2.刀具选择

当铣削曲面型腔时一般采用球形刀加工，如采用高速钢立铣刀和硬质合金立铣刀等，高速钢立铣刀如图4.2.8所示，硬质合金立铣刀如图4.2.9所示。小规格的硬质合金立铣刀多制成整体结构，ϕ16 mm 以上直径的制成焊接或机夹可转位刀片结构。

型腔加工中的下刀方式：对于封闭型腔零件的加工，下刀方式主要有垂直下刀、螺旋下刀和斜线下刀3 种。

图4.2.8　高速钢立铣刀

图4.2.9　硬质合金立铣刀