T形刀在接铣小闭角侧壁中的加工应用

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序言为了降本增效，车间工艺团队开展了五轴改三轴等工艺效能提升的研究工作，其中最为典型的是某型号隔板零件的工艺改进。改进前，车间在加工该六合一成组隔板零件时，采取传统工艺方案——五轴数控机床一次加工成形，但是这种加工方式使五轴机床的占用率较高，占用时间较长，平均每板零件加工完成需要两天时间。除了加工时间长，还存在其他问题，最重要的是整板零件偶有变形，计量不合格，并且钳工打磨工作量较大。究其原因，一方面是六合一成组零件来料过大，长宽约1.2m×0.5m，厚度约31mm，五轴数控机床加工过程中并没有进行有效的应力释放，而是一直不间断地铣削直到零件加工完成。完成后，材料应力以及加工应力得到不同程度的释放，造成零件局部扭曲变形，计量不合格；另一方面，通常车间所用的硬质合金铣刀并没有理论上的完全倾角，即底角R0模式，实际铣刀底角都会存在一定的R角，除非往下铣伤垫板，不然无论五轴数控摆铣或是定角行铣都会造成加工后的零件底部周围轮廓存在一圈0.2mm左右的切削残余，使钳工打磨工作量增大，拖延零件生产周期，影响交付。综上，需要对六合一成组隔板零件进行工艺改进与优化，主要通过使用T形刀，将初始五轴工艺加工方案改为三轴数控工艺加工方案，并进行首件试切和计量。2

零件结构及工艺分析图1为某隔板零件三维实体，该零件腹板及侧壁壁厚均为1.2mm，筋高18mm。俯视来看，该隔板侧壁呈外开内闭状，内侧壁与腹板垂面夹角约8°，属于典型的小闭角侧壁面，其余结构特征均可见，为典型的薄壁框板类零件。图1某隔板零件三维实体图2为六合一成组隔板零件工艺搭接。传统工艺方案安排为五轴数控机床加工，一次成形，现将其改为三轴数控加工工艺方案，关键之处在于借用T形刀完成小闭角侧壁的接铣，其余结构均可由三轴数控机床正常加工完成。图2六合一成组隔板零件工艺搭接3

T形刀的应用及试切图3为六合一隔板整体加工流程。通过该加工流程不难发现，整个成组零件的加工首先安排为框板腔面开粗（见图3工位1），其次零件整体翻面后再粗、精加工反面（即零件底面，见图3工位2），最后零件整体再次翻面进行框板腔面的加工（见图3工位3）。工位1主要是粗加工，去除大量毛坯余量，使零件整体在粗加工时充分释放应力，减缓后续精加工时的零件变形；工位2为正常工位下的粗、精加工零件底平面；工位3为释放应力后的框板腔面精加工，此时由于材料残余应力以及粗加工时的加工应力得到了一定程度的释放，在进行精加工时就显得得心应手，减少了传统五轴数控机床加工时的变形。图3六合一隔板整体加工流程在使用T形刀编程时，主要牵涉到两种编程模式，一种是Z-Level模式，另一种是Multi-axis模式。现对上述两种编程模式进行介绍与对比分析。图4为Z-Level编程模式下的T形刀在接铣闭角侧壁时的刀路轨迹。Z-Level模式可以直接设置所需T形刀的结构参数，刀具结构直观易懂（见图4a）。考虑到隔板零件侧壁较薄，为1.2mm，加工刚性较弱，因此需采用同向层层行铣，这样加工出来的侧壁刀路整齐，零件表面质量优异，光泽感极强。因此本次隔板零件工艺方案优化与改进优先采用Z-Level模式。a）球头T形刀

b）刀路轨迹

图4Z-Level编程模式下的T形刀刀路轨迹图5为Multi-axis模式下的T形刀在接铣闭角侧壁时的刀路轨迹。该模式下不可以直接设置T形刀结构参数，但可以近似构造半球头T形刀（见图5a）。该编程命令可以实现One-way/Zig-way（同向/往返向）走刀，走刀过程无需抬刀，行铣加工效率相对较高，但其主要适用于结构刚性好、侧壁较厚的零件加工。因此本优化工艺方案不适用Multi-axis模式。a）半球头T形刀

b）刀路轨迹

图5Multi-axis编程模式下的T形刀刀路轨迹Z-Level与Multi-axis两种编程模式的优劣及切削参数对比见表1。表1Z-Level与Multi-axis两种编程模式的优劣及切削参数对比编程模式特点优劣适用范围切削参数Z-LevelT形刀结构直观明了，分层行铣时一般需抬刀，通常采用oneway模式表面刀路纹路整齐，光泽感强，表面质量好，表面粗糙度值Ra为1.6～3.2mm主要用于侧壁薄、刚性弱的结构特征主轴转速800r/min进给速度400～500mm/min背吃刀量0.3mmMulti-axisT形刀结构近似半球，分层行铣时一般无需抬刀，可采用oneway/zig-way模式表面刀路纹路相对整齐，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800r/min进给速度400～500mm/min背吃刀量0.2mm三轴数控工艺方案的优化改进完成后，投入首件试切。图6为优化加工完成后的零件状态，首个试切件送计量后，显示计量合格。至此，整个六合一隔板零件的五轴改三轴数控工艺方案优化与改进完成，T形刀得到了充分应用。图6优化后的六合一隔板零件状态4

结束语自开展五轴改三轴工艺效能提升研究工作以来，将T形刀广泛应用到某些零件的工