圆柱上扇形槽的铣削加工

圆柱上扇形槽的铣削加工

何明辉 

郑州飞机装备有限责任公司 （河南郑州  450005）  

摘要：本文介绍了一种在车削中心上通过分度，加工圆柱表面同心扇形槽的方法，通过确定合理的加工路径来减小误差，并采用变量编程，方便、快速地加工出光整、平滑表面的扇形槽。

关键词：扇形槽  变量分度  圆柱面铣削

在机械加工过程中，会遇到一些在圆柱外表面加工扇形槽的零件，扇形槽的槽底圆弧面与圆柱外表面为同心圆。如果被加工槽是通槽，通常可以用线切割的方式加工。但如果被加工槽不是一个通槽，就无法采用线切割进行加工，而用铣削方式加工则难度较大。

本文以某零件转轴为例，对位于零件右端要求加工两个对称的90°扇形槽采用C轴分度旋转配合刀具同步移动的方式进行加工。该零件如图1所示，槽底直径φ6.5-0.05 -0.10，但因该零件扇形槽不是通槽，如图3所示，槽底尺寸小于后面的外圆直径尺寸，也无法采用线切割的方式加工，故在切削加工时只能用铣削方式进

行加工。

图1

图2

1.铣削的几种方式：

1）采用G17（XC）平面铣削加工

即立铣刀轴线平行于工件轴线（如图所示；），利用铣刀侧齿进行加工，即零件随着机床C轴做转动，铣刀外径沿着扇形槽槽底的圆弧面同步移动进行加工，圆弧面尺寸、精度相对稳定，但会在扇形槽根部两侧会有铣刀半径R的残留，铣刀刀具直径越大，R的残留也就越大，而且受刀具长度影响，加工范围较短。

2）采用G19(ZC)平面铣削加工

即立铣刀轴线垂直于工件轴线如图3所示，利用铣刀侧齿和底齿同时进行加工，即零件随着机床C轴做转动，铣刀底齿面沿着扇形槽槽底的圆弧面同步移动，这种方式加工的扇形槽根部形状容易保证，但两侧受铣刀底齿影响，在扇形槽槽底的圆弧面两侧根部会产生小平面，造成圆弧面缺失，且刀底齿凹心，在槽底的圆弧面上留有凸起残留。

    这两种加工方式的质量都不太好，经过分析，我们发现，用第一种方式加工时，铣刀外径与零件的被加工槽圆弧面是线接触，所以圆弧面尺寸、精度相对稳定；采用第二种方式加工时，铣刀外径与零件的被加工槽两侧面是线接触，扇形槽根部形状容易保证，而铣刀底齿面与扇形槽槽底的圆弧面是面接触，所以槽底的圆弧面形状误差较大。

因此，我们把两种方式结合起来，通过改变加工路径来减小误差，选择G19平面铣削加工，铣削扇形槽时，利用铣刀旋转和机床主轴具备的C轴运动，实现对圆柱外径进行纵向铣削的加工,机床仅仅需要Z轴运动（正常的动力刀具指令），不需要执行圆柱面插补指令G107，用G19指令选择Z、C工作平面，仅需要使用工件坐标系的Z值、配合角度方向C值（单位：度）和进给速率来指定位移的终点位置。零件随着机床C轴做转动，指定起点的角向C值，铣刀先进行一步Z向往复运动，C轴再沿着扇形槽槽底的圆弧面同步移动一步，重复多次后，完成加工。

因该扇形槽后的退刀槽宽度为2.5mm，故刀具选择φ4mm合金立铣刀，用立铣刀的底齿加工扇形槽的两个侧面，用立铣刀的侧齿对扇形槽的圆弧底面进行拟合加工，故需编制宏程序进行分层拟合，

受刀具直径影响，加工时需从扇形槽的两个侧面分别开始拟合进刀，最终在槽中心交汇，完成加工。

  注意事项：加工时需考虑立铣刀的底齿加工扇形槽的一个侧面时，计算好刀具直径的大小，避免刀具的侧齿与扇形槽的另一个侧面发生过切现象。

图3

2）编程加工程序

O0001；

N1(D4/LXD)

M98P1 ；（调用安全换刀子程序）

T707； （D4mm合金立铣刀）

G97S1500M53P3 ；

M23 ；

G19 C0. ；（选择工作平面，定向主轴到0度）

G0Z10.；

X10.；

Z1. ；

C44.9 ；

G0Y2.；（Y向偏移刀具半径）

#1=44.9 ；（C向赋值，切削侧面初值）

#2=0.5  （C向增量进给，单位：°）

N100

G1X6.43F200 ；（余量较小，X向未进行分层加工）

C #1 F300；   （C向进给，300mm/min进给）

Z-5.F100；    （Z向切削，有外向内）

C[#1+#2] F300 （C向再次进给，300mm/min进给）

Z1. F100 ；    （Z向切削，有内向外）

#1=#1+2*#2 ；  （C向增量进给，每次）

IF[#1LE91] GOTO100 ；

G0X12.；

C135.1；

Z1.；

Y-2.；

#3=135.1；

#2=0.5  （C向增量进给，单位：°）

N200

G1X6.43F200 ；

C #3 ；

Z-5.F100；

C [#3-#2] ；

Z1. ；

#3=#3-2*#2 ；

IF[#3GE89] GOTO200 ；

G0X100.；

M201；

M24 ；

M98P1 ；

M1；

N2(D4/LXD)

M98P1 ；

M201；

T707；

G97S1500M53P3 ；

M23 ；

C0.；

G0Z10.；

X10.；

Z1.；

C224.9；

G0Y2. ；

#3=224.9；

N300；

G1X6.43F500 ；

C#3 ；

Z-5.F100；

C[#3+1] ；

Z1. ；

#3=#3+2 ；

IF[#3LE271] GOTO300；

G0X10.；

C315.1；

Z1. ；

Y-2.；

#4=315.1；

N400；

G1X6.44F500 ；

C#4 ；

Z-5.F100；

C[#4-1] ；

Z1. ；

#4=#4-2 ；

IF[#4GE269] GOTO400；

G0X100. ；

M201；

M24 ；

M98P1；

M30；

3.结论

选择G19平面铣削加工，配合变量编程铣削扇形槽时，可根据零件加工精度要求，通过合理设置分度的赋值，使工件在形状精度、位置精度得到提高，适用于多种轴向槽的加工，特别是无法实现线切割加工的轴向扇形槽。同时，该方法和程序也可以在带A轴的加工中心上进行加工 。

参考文献：

[1] 沈春根 汪建 刘义. 数控宏程序编程案例手册. 北京：机械工业出版社，2016.10.

[2] 哈挺T42车削中心编程手册（Fanuc31 i -T）.  2012.2.