曲面轮廓数控铣加工路线举例说明

     立体曲面加工应根据曲面形状、刀具形状以及精度要求采用不同的铣削方法。

两坐标联动的三坐标行切法加工X、Y、Z三轴中任意二轴作联动插补，第三轴做单独的周期进刀，称为二轴半坐标联动。如图1所示，将X向分成若干段，圆头铣刀沿YZ面所截的曲线进行铣削，每—段加工完成进给ΔX，再加工另一相邻曲线，如此依次切削即可加工整个曲面。在行切法中，要根据轮廓表面粗糙度的要求及刀头不干涉相邻表面的原则选取ΔX。行切法加工中通常采用球头铣刀。球头铣刀的刀头半径应选得大些，有利于散热，但刀头半径不应大于曲面的最小曲率半径。

用球头铣刀加工曲面时，总是用刀心轨迹的数据进行编程。图2为二轴半坐标加工的刀心轨迹与切削点轨迹示意图。ABCD为被加工曲面，P_yz平面为平行于YZ坐标面的一个行切面，其刀心轨迹O₁O₂为曲面ABCD的等距面IJKL与平面P_yz的交线，显然O₁O₂是一条平面曲线。在此情况下，曲面的曲率变化会导致球头刀与曲面切削点的位置改变，因此切削点的连线ab是一条空间曲线，从而在曲面上形成扭曲的残留沟纹。

由于二轴半坐标加工的刀心轨迹为平面曲线，故编程计算比较简单，数控逻辑装置也不复杂，常在曲率变化不大及精度要求不高的粗加工中使用。

三坐标联动加工  X、Y、Z三轴可同时插补联动。用三坐标联动加工曲面时，通常也用行切方法。如图3所示，P_yz平面为平行于yz坐标面的一个行切面，它与曲面的交线为ab，若要求ab为一条平面曲线，则应使球头刀与曲面的切削点总是处于平面曲线ab上(即沿ab切削)，以获得规则的残留沟纹。显然，这时的刀心轨迹O₁O₂不在P_yz平面上，而是一条空间曲面(实际是空间折线)，因此需要X、Y、Z三轴联动。

三轴联动加工常用于复杂空间曲面的精确加工(如精密锻模)，但编程计算较为复杂，所用机床的数控装置还必须具备三轴联动功能。

四坐标加工  如图4所示工件，侧面为直纹扭曲面。若在三坐标联动的机床上用圆头铣刀按行切法加工时，不但生产效率低，而且表面粗糙度大。为此，采用圆柱铣刀周边切削，并用四坐标铣床加工。即除三个直角坐标运动外，为保证刀具与工件型面在全长始终贴合，刀具还应绕O(或O)作摆角运动。由于摆角运动导致直角坐标（图中Y轴）需作附加运动，所以其编程计算较为复杂。

五坐标加工  螺旋桨是五坐标加工的典型零件之一，其叶片的形状和加工原理如图5所示。在半径为R₁的圆柱面上与叶面的交线AB为螺旋线的一部分，螺旋升角为Ψi，叶片的径向叶型线(轴向割线)EF的倾角α为后倾角。螺旋线AB用极坐标加工方法，并且以折线段逼近。逼近段mn是由C坐标旋转Δθ与Z坐标位移ΔZ的合成。当AB加工完成后，刀具径向位移ΔX(改变R₁)，再加工相邻的另一条叶型线，依次加工即可形成整个叶面。由于叶面的曲率半径较大，所以常采用面铣刀加工，以提高生产率并简化程序。因此为保证铣刀端面始终与曲面贴合，铣刀还应作由坐标A和坐标B形成的θ₁ 和α₁的摆角运动。在摆角的同时，还应作直角坐标的附加运动，以保证铣刀端面始终位于编程值所规定的位置上，即在切削成形点，铣刀端平面与被切曲面相切，铣刀轴心线与曲面该点的法线一致，所以需要五坐标加工。这种加工的编程计算相当复杂，一般采用自动编程。