1 引言
图1 等倾角螺旋槽示意图
图2 螺旋槽加工运动解析图
2 等倾角螺旋槽的五轴控制、四轴联动加工
1.动力电机 2.回转轴 3，4.回转工作台 5.片铣刀 6.工件
图3 螺旋槽加工部件
3 典型工件的加工技术
- 铣削方式的确定
- 逆铣
- 逆铣可消除机械部件间隙的影响，减小切削过程中的振动。但由于燃烧室工件材料的粘性较强，隔离筋的宽度较窄，槽深相对于筋宽较深，在加工过程中发现，不论选用多大的可行进给速度和主轴转速，均会造成螺旋筋严重撕裂，使槽底和筋的表面粗糙度过大。
- 直线—曲线顺铣
- 如图4所示，若按照图中方向①加工，AO段为直线，此处喷管为圆柱轮廓。从该段的起点A处起刀加工，对刀较方便，有利于加工前的准备工作，简化操作要求。但在实际切削中发现，这种铣削方式存在以下问题：
图5 “喉部”卡刀现象
图6 直线—曲线顺铣时摆臂的受力- 极易在“喉”部“卡刀”或“闷车”
- 若使用新换刀具且进给速度较慢时(<30mm/min)，加工时可顺利通过“喉”部。但当刀具磨损或进给速度大于50mm/min时，会在“喉”部发生“卡刀”现象，使刀杆、刀具和工件受损(见图5)。这种现象的发生与B轴摆臂的结构和受力方向有关。如图6所示，此时在“喉”部，刀具受力fc和B轴的进给方向均有使切削深度增大的趋势。当刀具磨损变钝后，机械结构的振动和数控加工程序段变化引起的微小冲击都会成为刀具在此处“卡刀”的影响因素。
图7 尾部筋形损坏
图8 曲线—直线顺铣方式加工的长筋和夹筋
图9 B轴的调整
图10 对刀和起刀点- 尾部退刀时损伤螺旋筋
- 当由直线段向曲线段方向顺铣时，B轴摆臂在“喉”部形成的较大弹性变形在整个曲线段加工中无法减缓。当加工完一条槽退刀时，B轴摆臂产生弹性变形回放，可使尾部筋形受损，如图7所示。
- 无法实现“夹筋”的加工
- 由图7可见，若在工件直径较大部分仍然加工与直径较小部分相同数量的螺旋槽，则在两条筋之间会残留较多未切削部分。根据零件加工要求，必须将该残留部分也切削为与其它长筋等宽的短筋(称为“夹筋”)。经过实际加工测试发现，按直线—曲线顺铣加工方向加工“夹筋”时，起刀点及对刀方法均很难确定。
- 曲线—直线顺铣
- 如图4所示，若按方向②采用由曲线段到直线段的顺铣方式，尽管对刀和起刀点的确定比较困难，但较好解决了“喉”部“卡刀”、尾部筋形损坏、无法加工“夹筋”等重大工艺问题。图8为采用曲线—直线顺铣方式切削加工的收—扩段螺旋槽和“夹筋”。
- 机床对刀和起刀点的确定
- B轴的调整
- 加工螺旋槽时，为获得正确的筋形，必须保证切削点、刀具中心(实际为两片铣刀之间的垫片中心)和B轴回转中心在一条直线上。在进行任何轮廓的螺旋槽加工之前，需先调整B轴，使B轴部件处于加工圆柱段轮廓时的状态。用量表检测摆臂上的对刀块，使摆臂沿W轴方向(即DEG为一条直线)(见图9)。计算因竖直刀杆转动螺旋角b而造成的B轴补偿值B，令B轴回转B，使切削点、刀具中心和B轴回转中心在一条直线上(即DEF为一条直线)，然后将B轴清零，此时B轴正好处于加工圆柱段螺旋槽的位置。B的计算公式为
B=arctan(Lhsinb/Lb) 式中：Lh——竖直刀杆长度 - Lb——水平摆臂长度
- b——螺旋倾角
- 对刀方法和起刀点计算
- 对于图4所示工件，采用曲线—直线顺铣方式进行切削时，必须解决对刀和起刀点设置问题，即必须确定起刀点S的B轴、X轴和W轴坐标(见图10)。由于S点位于离散点区域，直接使用该点对刀相当困难。
- B轴确定后，在自动编程系统生成的数控加工程序中，获取离散点轮廓末尾点S的B轴坐标值B0，S点的法线方向为NN(见图10)。编写数控程序，令B轴回转Bb，即令B轴摆动到加工S点的状态。由于S点的一侧为四爪卡盘，没有对刀空间，因此不能在该点对刀。
- 令铣刀低速旋转，在顶尖一侧的工件端面对刀，记下此处数控系统显示的X轴机床坐标值，设为XT，由工件图纸得到该端面至S点的X方向距离值，记为XW，则S点的X坐标值XS为
XS=XT+a-dX+XW 式中：a=rccosd+(hc+0.5hg)sinddX=rcsinB0 - rc——片铣刀半径
- hc——片铣刀厚度
- hg——垫片厚度
- 令铣刀低速旋转，在顶尖一侧的圆柱段外轮廓对刀，记下此处系统所显示的W轴机床坐标值，设为WT，由工件图纸得到该圆柱轮廓至S点的W方向距离值，记为WW，则S点的W坐标值WS为
WS=WT+WW-dW 式中：dW=rc(1-cosB0)
图4 铣削方式的确定
