曲面轮廓的加工技巧

立体曲面的加工应根据曲面形状、刀具形状及精度要求，采用不同的铣削加工方法，如两轴半、三轴、四轴及五轴等坐标联动加工。

1）对曲率变化不大且精度要求不高曲面的粗加工，常用两轴半坐标的行切法加工，即X、Y、Z三轴中任意两轴作联动插补，第三轴作单独的周期进给。如图1-5所示，将X向分成若干段，球头铣刀沿YOZ面所截的曲线进行铣削，每一段加工完后进给Δx，再加工另一相邻曲线，如此依次切削即可加工出整个曲面。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。球头铣刀的刀头半径应选得大一些，有利于散热，但刀头半径应小于凹曲面的最小曲率半径。

图1-4 用鼓形铣刀分层铣削变斜角

图1-5 两轴半坐标行切法加工曲面

两轴半坐标联动加工曲面的刀心轨迹O₁O₂和切削点轨迹ab，如图1-6所示。图中，ABCD为被加工曲面，P_YZ为平行于YZ坐标平面的一个行切面，刀心轨迹为O₁O₂曲面ABCD的等距面IJKL与平行面P_YZ的交线，可见O₁O₂是一条平面曲线。由于曲面曲率的变化改变了球头铣刀与曲面切削点的位置，使切削点的连线成为一条空间曲线，从而在曲面上形成扭曲的残留沟纹。

2）对曲率变化较大且精度要求较高曲面的精加工，常用X、Y、Z三坐标联动插补的行切法加工。如图1-7所示，P_YZ平面为平行于坐标平面的一个行切面，它与曲面的交线为ab。由于是三坐标联动，球头铣刀与曲面的切削点始终处于平面曲线ab上，可获得较规则的残留沟纹。但这时的刀心轨迹O₁O₂不在P_YZ平面上，而是一条空间曲线。

3）四坐标加工。如图1-8所示的零件，侧面为直纹扭曲面。若在三坐标联动的机床上用圆球头铣刀按行切法加工，不但生产效率低，而且表面粗糙度值大。为此采用圆柱铣刀周边切削，并用四坐标联动铣床加工，即除三个笛卡儿坐标运动外，为保证刀具与工件型面在全长上始终贴合，刀具还应绕O₁（或O₂）作摆角运动。由于摆角运动会导致笛卡儿坐标（图中Y轴）作附加运动，所以其编程计算较为复杂。

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图1-6 两轴半坐标行切法加工曲面的切削点轨迹

图1-7 三轴联动行切法加工曲面的切削点轨迹

图1-8 四坐标数控铣床加工

4）像叶轮、螺旋桨这样的零件，其叶片形状复杂，刀具容易与相邻表面干涉，故常用五坐标联动数控铣床加工，其加工原理如图1-9所示。在半径为R_i的圆柱面与叶面的交线AB为螺旋线的一部分上，螺旋角为ψ_i叶片的径向叶形线（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R_i），再加工相邻的另一条叶形线，依次加工即可形成整个叶面。由于叶面的曲率半径较大，故常采用端面铣刀加工，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。与此同时，还应作笛卡儿坐标的附加运动，以保证铣刀端面中心始终位于编程值所规定的位置上，所以需要采用五坐标联动数控铣床加工。这种加工的编程计算相当复杂，一般采用自动编程。

图1-9 曲面的五坐标联动数控铣床加工