浅谈球头铣刀加工曲面时刀具路径的优化

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1、EquipmentManufactringTechnologyNo.1，2009浅谈球头铣刀加工曲面时刀具路径的优化112肖调生，潘建新，周小红（1.湖南科技职业学院，湖南长沙410004；2.湖南省宁乡县教育局，湖南宁乡410600）摘要:文章首先分析了球头铣刀的铣削参数和铣削方式，其次，以平行走刀精加工刀具路径为例，从行距、步长、曲面分区加工、切入点和切出点确定、行间和层间附加圆滑转接等方面对刀具路径的优化进行了较详细的说明，文章结论对加工复杂的模具曲面有一定的指导意义。关健词:球头铣刀；平行走刀；刀具路径；优化中图分类号：TH161文献标识码：A文章编号：1672-545X

2、（2009）01-0088-03模具铣削数控加工对象大多为曲面。球头铣刀在切削过程中，被加工曲面与铣刀球面的公法线经过铣刀球面的球心，使干涉过切现象易于监测，切削运动轨迹易于控制，因而在复杂曲面的数控加工中，得到广泛的应用。然而，在实际工艺实施过程中，由于工艺人员对球头铣刀的铣削参数、铣削方式、影响刀具路径优化的参数等，了解不透，导致加工的模具曲面达不到技术要求，甚至产品报废。因此，如何合理地规划刀具路径，对数控加工具有重要的意义。1球头铣刀的铣削参数与铣削方式图2apo>R时的铣削层参数球头铣刀的主要铣削参数有：刀具转速n（r/min）、切深apo图1、图2中h为残留沟纹高度，

3、有如下的关系式：（mm）、行距aeo（mm）、铣刀每齿进给量f（zmm/z）、进给速度vf2aeo2h=R-()（1）（mm/min）、铣刀球面半径R（mm）、铣刀齿数Z。姨2沿铣刀轴线z方向，当apo≤R时：球头铣刀在（R－aeo）≤因残留沟纹高度较小，球头铣刀的铣削主要以非对称铣z＜（R－h）处为非对称铣削，在（R－h）≤z≤R处为对称铣削为主。削（如图1所示）。2球头铣刀应用于平行走刀精加工时刀具路径的优化目前刀具路径的产生，主要通过CAM软件实现，master-CAM作为一种主流的CAM软件，提供了多种曲面精工方法：平行走刀精加工（ParallelFinishing）能使

4、刀具沿着相互平行的方向铣削零件，产生精练的数控铣削程序；辐射走刀精加工（RadialFinishing）能使刀具由零件上任一点，沿着向四周散发的路径加工零件；图1apo≤R时的铣削层参数投影加工（ProjectFinishing）能把2D图形或刀具路径投影当apo>R时：在－（aeo－R）≤z＜（R－h）处为非对称铣在零件几何模型上，产生零件的3D精加工走刀路径；削，在（R－h）≤z≤R处为对称铣削（如图2所示）。流线走刀精加工（FlowlineFinishing）使刀具沿曲面形状的曲面精加工时，因加工余量一般较小，故通常为图1所示自然走向，产生刀具路径；的铣削方式。直纹面加工（

5、RuledToolpath）Mastercam还提供多种加工直纹面的特别方法。收稿日期：2008-10-22作者简介：肖调生（1965—），男，湖南怀化人，副教授，硕士研究生，从事CAD/CAM、机械制造工艺与装备的科研与教学；潘建新（1966—），男，湖南长沙人，副教授，硕士研究生，研究方向：精密塑胶模具数控加工。88《装备制造技术》2009年第1期在这些丰富的曲面精加工功能中，平行走刀精加工是应在求得曲面的最小曲率半径后，代入式（2）和式（4），即可用最为普遍的方法，可用来加工复杂的模具曲面零件。然而，求出加工时需要的行距和步长，此时计算出的数据，能根据曲由于没有科学合理地选

6、择好直接影响产品表面质量的两个主面的精度误差达到最佳值。要因素：行距aeo和步长L，实际应用中某些产品的表面质量达不到技术要求。3刀具路径优化的其他策略2.1行距aeo的合理选择由图1可看出，行距aeo的大小，直接关系到加工后曲面上除了以上分析的通过合理选择行距和步长来优化加工刀残留沟纹高度h的大小，h大，则表面粗糙度大，影响零件加工具路径以外，还可以从以下几个方面规划刀具路径：精度。行距aeo选得太小，虽然能提高加工精度，但程序太长，占(1)当一个曲面上存在着若干个凸出或凹陷面（即曲面有机加工时间成倍增加，效率降低。因此，行距aeo的选择，应力求突变区）时，将曲面的曲率变化划分

7、为几个区域，根据不同区做到恰到好处。行距aeo的选择，取决于铣刀半径及允许的沟域，确定各自的步长和行距，保证加工轨迹的一致性，实现零纹高度和曲面的曲率变化情况。可考虑用下列方法进行计算：件表面的质量最优化。2姨h(2R-h)ρaeo=（2）区域2ρ±R上式中，当零件曲面上凸时，取正号；下凹时，取负号。ρ为曲面上某处的曲率半径。区域1实际编程时，如果零件曲面上各点的曲率变化不太大，可取曲率最大处作为标准计算。有时为了避免曲率计算的麻烦，也可采用下列近似公式来计算行距：a=2姨2Rh