平头立铣刀铣削斜面时加工误差的探讨

          本文分析了平头立铣刀在立式加工中心机床上铣削斜面时理论表面与实际加工加工表面的差异，指出了在实际应用过程中应注意的问题，并提出了解决方案。
一、问题的提出:  
         在加工塑料模具的脱料板锥孔和模具型芯上的与脱料板配合的锥体时，因尺寸无法测量，加工精度只能靠机床、刀具和NC程序等保证。当加工完成后，发现锥体端面与锥孔端面贴合不拢，经过抛光直到加工刀痕完全消失仍不到位，对加工中心机床精度(SABRE-1000立式加工中心，加工精度0.001mm)，加工程序(利用SURFCAM自动编程软件)，工件定位精度等多方面检查均为无误。 为此，我们对刀具与加工表面的接触情况进行分析。
利用SURFCAM自动编程软件，做一与水平面夹角为60度的斜面。
1、刀尖不倒角平头立铣刀加工 
             选择刀具加工参数为: 直径为12mm的立铣刀，刀尖半径为0，走刀轨迹为刀具中心，利用等弦长直线逼近法走刀，增量值为0.5mm，切削速度为1000转/分，进给量为150毫米/分，三坐标联动，利用编程软件自动生成NC程序。则理想的刀尖与斜面的接触情况如图一所示，每两刀之间，沿钭面峰(g)与谷(a)之高度为gp，加工表面残留量为agc，通过抛光工件，去掉残留量，即可得到要求的尺寸，并能保证斜面的角度。若在刀具加工参数设置中，减小加工的增量值，可以得到更小的gp,使表面残留量减少，抛光更容易，但加工时，NC程序量增多，加工时间延长。这种用不倒角平头刀加工状况只是理想状态，在实际工作中，刀具的刀尖角是不可能为零的，刀尖不倒角，加工刀尖磨损快，甚至产生崩刃，致使刀具无法加工。
2、刀尖倒斜角平头立铣刀加工
             用一支直径为12mm,刀尖倒角Y=30度，倒角刃带宽0.3mm的平头立铣刀加工进行分析。如一所示，刀具加工的其它参数设置同上，加工表面残留部分不仅包括分析一中的残留部分agc，而且增加了刀具被倒掉的部分形成的残留余量aeb，这样，使得表面残留余量增多，谷e与理想面之间的距离为ej,而人工抛光是以谷e、k为参考的，去掉e、k之间的残留(即去掉刀痕)，则所得表面与理想表面仍有ej距离，即工件尺寸不到位，这就是锥体端面与锥孔端面贴合不拢的原因，若继续抛光则无参考线，不能保证斜面的尺寸和角度，导致注塑时产品产生飞边。同样，如图二所示：用倒角Y为60度，加工锥度R为30度的锥面时，谷为b，峰仍为g，而次高点为e。
3、刀尖倒园角平头立铣刀加工 
               如图二所示，用一支直径为12mm,刀尖倒角磨成半径为0.3mm的园角，刀具加工的其它参数设置同1，切削情况与倒角Y=60度（以及Y=30度），刃带宽0.3mm的平头立铣刀加工状况的比较,可以发现，切削状况并没有多大改善，而且刀尖园弧刃磨时控制困难，实际操作中一般较少使用。
二、解决方法 
              通过以上分析可知:不倒角刀具加工是最理想的状况，抛光去掉刀痕即可得标准斜面，但刀具极易磨损和崩刃。实际加工中，刀具不可不倒角。而倒园角刀具与倒斜角刀具相比，加工状况并没有多大改进，且刀具刃磨困难，实际加工时一般很少用。在实际应用中，倒斜角立铣刀加工是比较现实的。现在对该情况就如何改善加工状况，保证加工质量作进一步探讨。
               1、刀尖倒斜角30度时，刀具与理想斜面最近的点为e、k，要使e点与理想斜面接触，即e点到a点，刀具必须下降ea距离，即，在加工过程中，刀具要按理想斜面加工生成NC程序，再在Z方向下降ea距离，这可以通过准备功能代码G92 位置设定指令实现。
通过进一步分析可知: 
(1).当角X>R时, e点与理想斜面相距最近，即ej比bd更靠近理想斜面，所以，在按未倒角刀具生成NC程序后，在G92位置设置时将Z值下移ea距离（见图一）再加工，即可使e点与理想斜面接触。抛光去掉残留部分即为理想斜面。
(2).当角X < R时, b点与理想斜面相距最近，即bd比ej更靠近理想斜面，所以，在按未倒角刀具生成NC程序后，在G92位置设置时将Z值下移bh距离(见图二)再加工，即可使b点与理想斜面接触。抛光去掉残留部分即为理想斜面。
不过，以上方法有其局限性: 
               当加工塑料模具脱料板(斜通孔类)时，以上方法是一种行之有效的方法，但是，当斜面下有平台EF时，刀具底面bg会与EF产生干涉而过切(因Z下降了ea或bh距离)。如:在加工与塑料模具的与脱料板配合的锥体时，采用以上Z值下降法就不可取，为解决这类问题，可采取以下解决方案: 
               2、在按未倒角平头立铣刀生成NC程序前，将斜面LC向E点方向偏移ej距离(方法一中(1)情况时)或向E点偏移bd距离(方法一中(2)情况时)，然后，将斜面拉伸到与ML接触，再编制NC程序进行加工，从而得到理想的斜面。这种方法的思想是源于倒角刀具在加工锥体时实际锥体比理想锥体大了，而加工锥孔时实际锥孔比理想锥孔小了。而先将锥体偏移一定距离使之变小，将锥孔偏移一定距离使之变大，再生成NC程序加工，从而使实际加工出的工件正好是所要求的锥面或斜面。
              综上所述，通过对理论斜面和实际加工出的斜面的分析，解决了实际加工中尺寸不到位的问题。经过多次的实际应用，证实其解决方法是行之有效的。