T形刀在接铣小闭角侧壁中的加工应用

在六合一隔板加工方案的改进中，采用T型刀对隔板的小闭角侧壁进行对焊铣削，成功实现了隔板五轴变三轴的加工方案，解放了车间五轴机床，提高了机床的利用效率，达到了降本增效的目的。

1前言

为了降本增效，车间工艺组开展了五轴变三轴提高工艺效率的研究工作，其中最典型的是某型膜片零件的工艺改进。改进前，车间在加工六合一隔板零件时，采用传统的工艺方案——五轴数控机床一次性加工成型。但这种加工模式使得五轴机床占用率高，耗时长，平均每加工一个板件需要两天。除了加工时间长，还有其他问题，最主要的是整板零件偶尔变形，测量不合格，钳工打磨工作量大。

究其原因，一方面是六合一套零件的来料过大，长宽约1.2m×0.5m，厚度约31mm。五轴数控机床在加工过程中没有有效释放应力，而是一直铣削，直到零件加工完毕。完成后材料应力和加工应力不同程度释放，导致零件局部变形，测量不合格；另一方面，车间常用的硬质合金铣刀并没有一个理论上的完全倾斜角，即底角R0模式。在实际操作中，铣刀的底角会有一定的R角。除非把垫板切下来，否则无论是五轴数控摆铣还是定角线铣，都会在被加工零件的底部轮廓周围产生一圈约0.2mm的切削残余，增加钳工的磨削工作量，延误零件的生产周期，影响交货[1-3]。

综上所述，需要对六合一隔板零件的工艺进行改进和优化，主要是使用T型刀，将最初的五轴加工方案改为三轴数控加工方案，并进行首件试切和测量。

2组件结构和流程分析

图1示出了分隔部件的三维实体。该零件的腹板和侧壁的壁厚为1.2毫米，肋高为18毫米。从顶上看，隔墙为外开内闭，内壁与腹板垂直面的夹角约为8°，是典型的小闭角侧墙。其他结构特征可见，是典型的薄壁框板零件。

图2显示了六合一隔板零件的研磨过程。传统的工艺方案是五轴数控机床加工一次成型，现在改为三轴数控加工工艺方案。关键是用T型刀完成小闭角侧壁的铣削，其他结构可以用三轴数控机床正常加工。

T形刀的应用及试切

图3显示了六合一隔膜的整体加工流程。通过这个加工流程，不难发现，整组零件的加工首先是安排开框板的型腔面(见图3，工位1)，其次是整个零件翻面后，对反面(即零件底面，见图3，工位2)进行粗化和精加工，最后是整个零件再次翻面加工框板的型腔面(见图3，工位3)。1.工位主要是粗加工，去除了大量的毛坯余量，使整个零件的应力在粗加工时得到充分释放，零件在后续精加工时的变形得到减缓；工位2是普通工位中粗加工和精加工零件的底面；工位3是在应力释放后对框架板的型腔表面进行精加工。此时，由于材料的残余应力和粗加工时的加工应力得到一定程度的释放，精加工起来得心应手，减少了传统五轴数控机床的变形。

使用T刀编程时，主要有两种编程模式，一种是Z向模式，一种是多轴模式。本文对上述两种编程模式进行了介绍和比较。

图4显示了铣削封闭角侧壁时，Z层编程模式下T型刀的刀具轨迹。Z-Level模式可以直接设置所需T型刀具的结构参数，刀具结构直观易懂(见图4a)。考虑到隔板零件侧壁薄1.2mm，加工刚性较弱，需要采用同方向逐层铣削，使加工出的侧壁刀轨整齐，零件表面质量优良，光泽度极强。因此，对于分区零件的工艺方案的优化和改进，首选Z级模式。

a)带球头的T形刀

b)刀具路径

图5显示了T形刀具在多轴模式下铣削封闭角侧壁时的刀具轨迹。在此模式下，不能直接设置T型刀的结构参数，但可以近似构造出半球形头的T型刀(见图5a)。该编程命令可以实现单向/之字形(同向/往返方向)的刀具进给，铣削效率比较高，但主要适用于加工结构刚性好、侧壁厚的零件。因此，这种优化的工艺方案不适合多轴模式。

a)半球形头的T形刀

b)刀具路径

Z向和多轴编程模式的优缺点及切削参数对比如表1所示。

编程模式

特性

好与坏

适应性

切割参数

z电平

t型刀结构直观明了，分层铣削时一般需要抬刀，通常采用单向方式。

刀具轨迹表面纹理整齐，光泽度强，表面质量好，表面粗糙度值Ra为1.6 ~ 3.2 mm。

主要用于侧壁薄、刚性弱的结构特征。

主轴转速800转/分钟

进给速度为400 ~ 500mm/min。

背刀量为0.3mm

t型刀结构类似半球，分层铣削时一般不需要抬刀，可以采用单向/之字形方式。

表面的刀轨纹路比较整齐，表面质量好，表面粗糙度值Ra = 3.2mm。

主要用于侧壁厚、刚性弱的结构特征。

主轴转速800转/分钟

进给速度为400 ~ 500mm/min。

背刀量为0.2毫米

三轴数控工艺方案优化改进完成后，首件投入试切。图6示出了优化处理后部件的状态。第一个试切件送去测量后，表示测量合格。至此，整个六合一隔板零件的五轴转三轴数控加工方案的优化改进工作已经完成，T型刀得到了充分的应用。

4结束语

自提高五轴转三轴加工效率的研究以来，T形刀具已广泛应用于某些零件的工艺改进中，并取得了理想的加工效果。既解放了公司的五轴机床，缩短了五轴机床的占用时间，又合理协调了车间的机床资源，达到了降本增效的目的。更何况这种零件工艺改进技术已经沉淀推广，可以为类似情况提供借鉴。