■ 天津航天長(zhǎng)征火箭制造有限公司 （300462） 崔 鑫 郭 海 史 蕊 孫 濤

航天壁板產(chǎn)品是采用數(shù)控銑削的方式，在鋁板上加工各種規(guī)格封閉平底下陷而成。由于下陷多為封閉結(jié)構(gòu)，且尺寸較小，加工中采用端面切削刃過(guò)刀具中心的兩刃鍵槽銑刀，以方便沿刀具軸向進(jìn)給直接下刀進(jìn)行加工。但是鍵槽銑刀端面切削刃一般具有向心角，在銑削封閉下陷時(shí)會(huì)造成加工底面殘留，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。

本文通過(guò)切削試驗(yàn)和理論分析，研究鍵槽銑刀向心角對(duì)加工底面的影響以及鍵槽銑刀向心角受封閉下陷尺寸的影響，最終制定了鍵槽銑刀加工封閉下陷的選刀原則，有效解決了航天壁板封閉下陷加工底面殘留問(wèn)題，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

1. 鍵槽銑刀基本結(jié)構(gòu)

鍵槽銑刀是一種銑削刀具，主要用于加工鍵槽和封閉下陷。為了克服徑向切削力的影響，鍵槽銑刀設(shè)計(jì)為兩個(gè)互相對(duì)稱的刀刃。銑削時(shí)兩個(gè)刀刃上的切削力矩形成力偶，徑向力互相抵消。鍵槽銑刀柱面和端面上都有切削刃，端面切削刃過(guò)刀具中心，因此能沿刀具軸向進(jìn)給銑削，具有插鉆功能，能夠直接加工封閉下陷。而立銑刀一般具有3個(gè)以上刀刃，端面中心一般帶中心孔，因此不能沿刀具軸向進(jìn)行銑削，不能直接加工封閉下陷，主要用于半封閉或開(kāi)放式的加工。鍵槽銑刀實(shí)際上屬于一種特殊的立銑刀。

鍵槽銑刀做徑向進(jìn)給銑削時(shí)，柱面切削刃為主切削刃，端面切削刃為副切削刃；做軸向進(jìn)給銑削時(shí)，端面切削刃為主切削刃，柱面切削刃為副切削刃。為了降低軸向進(jìn)給時(shí)的切削抗力、減小徑向進(jìn)給時(shí)切削刃與已加工表面的摩擦，鍵槽銑刀一般設(shè)計(jì)有1.5°～3°的端面切削刃向心角。圖1所示為SANDVIK Coromant鍵槽銑刀的向心角。鍵槽銑刀的向心角在進(jìn)行半封閉或開(kāi)放式加工時(shí)不會(huì)對(duì)加工底面造成影響，但是在進(jìn)行封閉加工時(shí)由于沿刀具軸向進(jìn)給銑削會(huì)對(duì)加工底面造成影響。

圖1 鍵槽銑刀端面切削刃向心角

圖2 向心角鍵槽銑刀和平底鍵槽銑刀

2. 向心角和下陷尺寸對(duì)加工底面的影響分析

（1）向心角對(duì)加工底面影響。通過(guò)采用φ20mm向心角鍵槽銑刀和φ20mm平底鍵槽銑刀分別銑削封閉平底下陷，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比來(lái)驗(yàn)證端面切削刃向心角對(duì)加工底面的影響。所用鍵槽銑刀如圖2所示。在帕萊克對(duì)刀儀上對(duì)向心角鍵槽銑刀的端面切削刃向心角進(jìn)行測(cè)量，端面切削刃平均向心角為5°。

采用φ20mm向心角鍵槽銑刀和φ20mm平底鍵槽銑刀分別銑削邊長(zhǎng)L1=25mm、L2=25mm、深h=3mm的封閉平底下陷，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。圖3左側(cè)為向心角鍵槽銑刀銑削后的結(jié)果，可見(jiàn)加工底面中心位置存在明顯的錐塔狀殘留。圖3右側(cè)為平底鍵槽銑刀銑削后的結(jié)果，可見(jiàn)加工底面光整無(wú)殘留。

通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，向心角鍵槽銑刀銑削封閉下陷時(shí)會(huì)在加工底面形成明顯的切削殘留，且無(wú)法通過(guò)優(yōu)化走刀軌跡來(lái)消除殘留；而平底鍵槽銑刀銑削封閉下陷時(shí)加工底面光整無(wú)殘留。

（2）下陷尺寸對(duì)加工底面影響。采用圖2中的5°向心角的φ20mm鍵槽銑刀分別銑削不同尺寸的平底封閉下陷，通過(guò)分析試驗(yàn)結(jié)果來(lái)獲得底面殘留與下陷尺寸的關(guān)系。

采用5°向心角的φ20mm鍵槽銑刀分別銑削兩個(gè)平底封閉下陷：邊長(zhǎng)L1=30mm、L2=30mm、深h=3mm；邊長(zhǎng)L1=30mm、L2=25mm、深h=3mm。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。圖4左側(cè)為L(zhǎng)1=30mm、L2=30mm封閉下陷的銑削結(jié)果，可見(jiàn)加工底面中心位置存在明顯的錐塔狀殘留。圖4右側(cè)為L(zhǎng)1=30mm、L2=25mm封閉下陷的銑削結(jié)果，可見(jiàn)加工底面中心位置同樣存在明顯的錐塔狀殘留。綜上可見(jiàn)在L1=30mm（L1≥L2）的情況下，采用5°向心角的φ20mm鍵槽銑刀銑削后底面存在殘留現(xiàn)象，且無(wú)法通過(guò)優(yōu)化走刀軌跡來(lái)消除殘留。

圖3 L1=25mm（L1≥L2）銑削結(jié)果

圖4 L1=30mm（L1≥L2）銑削結(jié)果

圖5 L1=40mm（L1≥L2）銑削結(jié)果

采用5°向心角的φ20mm鍵槽銑刀分別銑削兩個(gè)平底封閉下陷：邊長(zhǎng)L1=40mm、L2=40mm、深h=3mm；邊長(zhǎng)L1=40mm、L2=25mm、深h=3mm。試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。圖5左側(cè)為L(zhǎng)1=40mm、L2=40mm封閉下陷的銑削結(jié)果，可見(jiàn)加工底面光整無(wú)殘留。圖5右側(cè)為L(zhǎng)1=40mm、L2=25mm封閉下陷的銑削結(jié)果，可見(jiàn)加工底面同樣光整無(wú)殘留。綜上可見(jiàn)在L1=40mm（L1≥L2）的情況下，采用5°向心角的φ20 mm鍵槽銑刀銑削后底面不存在殘留現(xiàn)象。

3. 試驗(yàn)總結(jié)

鍵槽銑刀端面切削刃向心角使銑刀端面呈向心凹形，刀具中心是凹形的最低點(diǎn)。在銑削封閉下陷時(shí)，銑刀需先進(jìn)行軸向進(jìn)給，再進(jìn)行徑向進(jìn)給。由于銑刀端面呈凹形，軸向進(jìn)給時(shí)會(huì)在銑刀中心位置的加工底面形成殘留。徑向進(jìn)給時(shí)，隨著銑刀的移動(dòng)，端面切削刃及刀尖會(huì)逐漸切削銑刀中心位置的底面殘留。但是當(dāng)封閉下陷尺寸較小時(shí)，銑刀徑向進(jìn)給受下陷尺寸限制，在有限的走刀軌跡中，銑刀端面凹形區(qū)域會(huì)存在一定重疊，并且切削刃刀尖無(wú)法切削到重疊區(qū)域，最終在加工底面形成殘留，如圖6所示。

當(dāng)L1≥2D時(shí)（其中L1為封閉下陷長(zhǎng)邊，L2為封閉下陷短邊，L1≥L2，D為鍵槽銑刀直徑），刀具徑向進(jìn)給時(shí)，通過(guò)優(yōu)化走刀軌跡，可以使端面切削刃及刀尖充分切削刀具中心位置的底面殘留，從而消除加工底面殘留。因此，當(dāng)L1≥2D時(shí)，較大的鍵槽銑刀端面切削刃向心角不會(huì)對(duì)加工底面造成影響。當(dāng)L1＜2D時(shí)，較大的鍵槽銑刀端面切削刃向心角會(huì)對(duì)加工底面造成影響，銑刀端面凹形區(qū)域會(huì)存在一定無(wú)法消除的重疊，在加工底面形成殘留，且切削殘留無(wú)法通過(guò)完善走刀軌跡來(lái)消除。所以在L1＜2D時(shí)，應(yīng)考慮更換小直徑的鍵槽銑刀或較小向心角的鍵槽銑刀，也可選用具有足夠長(zhǎng)度修光刃的鍵槽銑刀來(lái)加工封閉下陷，以避免加工底面產(chǎn)生殘留。

圖6 L1=25mm和L1=40mm理論分析

4. 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)鍵槽銑刀端面切削刃的向心角進(jìn)行理論分析，得出造成加工底面殘留的原因。在分析下陷尺寸對(duì)加工底面殘留影響的基礎(chǔ)上，采用對(duì)比切削試驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析結(jié)果。最終得出結(jié)論：當(dāng)L1≥2D時(shí)，鍵槽銑刀端面切削刃向心角不會(huì)對(duì)加工底面造成影響，可通過(guò)完善走刀軌跡的方式解決加工底面殘留問(wèn)題。在此結(jié)論基礎(chǔ)上總結(jié)出L1＜2D時(shí)采用鍵槽銑刀銑削封閉下陷的選刀原則。

通過(guò)將研究結(jié)果應(yīng)用到航天壁板產(chǎn)品的加工中，有效提高了選刀效率，同時(shí)解決了壁板封閉下陷加工底面殘留問(wèn)題，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率，可廣泛用于各類(lèi)封閉平底下陷的銑削加工。

[1] 袁哲俊. 金屬切削刀具[M]. 2版.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1993.