【正文】 示），此時(shí)若沖擊過(guò)大，將導(dǎo)致薄壁從根部發(fā)生折斷（圖 1（ b））。因此，降低切削力必然可以減少讓刀和彈刀的發(fā)生，提高薄壁結(jié)構(gòu) 石墨電極的表面加工質(zhì)量，進(jìn)而減小切削力自身的波動(dòng)變化，提高切削過(guò)程的穩(wěn)定性， 從而 減 少 薄壁結(jié)構(gòu)石墨電極的邊角崩碎和折斷現(xiàn)象。由于讓刀一般發(fā)生在距離薄壁頂部較近的部位，而彈刀導(dǎo)致的欠切和刀具偏擺導(dǎo)致的過(guò)切一般發(fā)生在薄壁的根部附近，因此一般情況下薄壁的頂部和根部的波紋狀表面比較明顯，而薄壁中間高度部位的表面加工質(zhì)量稍好。精加工時(shí)，刀具的切削過(guò)程應(yīng)保持一致，以獲得最好的表面加工質(zhì)量，操作者可根據(jù)零件形狀來(lái)選擇最佳的復(fù)雜型面精加工操作。石墨切削加工應(yīng)選用與石墨材料硬度相適應(yīng)的刀具，如圖 5 所示。立方氮化硼刀具具有較高的硬度和耐磨性，是加工超硬碳 石墨復(fù)合材料的比較理想的刀具，可提高生產(chǎn)率和加工質(zhì)量，但存在刀具韌性不足和易崩刃現(xiàn)象 [10]，因此在高速銑削加工中較少使用，多用于 車削加工。 超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金 ?mWC8%Co的耐磨粒磨損性和抗沖擊俱佳，是目前最適合石墨高速銑削的硬質(zhì)合金基體材料 [4]。立銑刀一般主要用于平面和形狀比較簡(jiǎn)單的曲面加工，是銑削平面的理想刀具。粗加工中，立銑刀和圓角銑刀均可用于偏置區(qū)域清除和輪廓區(qū)域清除。 刀具直徑 銑刀直徑應(yīng)根據(jù) 薄壁石墨電極的 形狀復(fù)雜程度和切削余量來(lái)選擇。 刀具幾何角度 當(dāng)進(jìn)行 薄壁的側(cè)邊 高速 銑削 時(shí)，兩側(cè)邊在順銑和逆銑時(shí)的受力方向各不相同，即切入的一邊是壓入，切出的一邊是 壓出 ，刀具 切出時(shí)薄壁在切削刃作用下易產(chǎn)生崩邊，此時(shí)切削力的合力方向?qū)Ρ肋吘哂酗@著影響 （ 如圖 6 所示 ） 。此外，為減少薄壁發(fā)生彈性變形后回彈時(shí)頂部與刀具之間的干涉，通常將刀具制造為如圖 7 所示的特殊結(jié)構(gòu) [15]，在保持刀具一定剛性的前提下，使刀具刃長(zhǎng)之上的部分刀柄處的直徑小于刀柄可供夾持部位的直徑，使可能與薄壁發(fā)生接觸的刀柄部位形成避空，減少薄壁頂部與刀柄的再次碰撞和接觸。BBT 刀柄與常規(guī) 7/24 錐度刀柄的結(jié)構(gòu)參數(shù)基本相同，只是端面的尺寸和精度有所不同， 并且 采用與主軸的錐面 和 端面同時(shí)接觸 式 結(jié)構(gòu)，保持力矩更大，剛性更強(qiáng)，具有較高的重復(fù)精度。 刀具路徑生成策略 在典型薄壁結(jié)構(gòu)石墨電極高速銑削的粗加工中，主要采用 三維區(qū)域清除策略，該策略可 根據(jù)三維曲面的形狀定義行距，無(wú)論是對(duì)于平坦區(qū)域還是對(duì)于陡峭側(cè)壁區(qū)域都可以獲 得穩(wěn)定的刀具路徑。 （ a） （ b） （ c） （ d） （ e） 圖 8 刀 具路徑生成策略示意圖：（ a） 偏置區(qū)域清除策略；（ b）等高精加工；（ c）螺旋等高精加工；（ d）投影加工；（ e）三維偏置精加工 典型薄壁結(jié)構(gòu)石墨電極高速銑削的半精加工通常采用的編程策略主要有等高精加工（圖 8（ b））、投影加工策略（圖 8（ d））和平行精加工策略等。 上述薄壁結(jié)構(gòu)石墨電極高速銑削的半精加工編程策略也適用于精加工，只是要針對(duì)精加工來(lái)重新設(shè)定工藝參數(shù)。正確使用邊 界可將三維偏置刀具路徑限制在平坦區(qū)域，剩下的陡峭區(qū)域可留給等高精加工刀具路徑來(lái)加工。 切入、切出 在進(jìn)行典型薄壁結(jié)構(gòu)石墨電極高速銑削編程時(shí)，不僅要考慮選用合適的刀具路徑生成策略，同時(shí)還應(yīng)考慮選用高效的刀具切入切出方式，盡可能地避免刀具的空程移動(dòng)，極大地提高切削效率。 （ a） （ b） 圖 9 刀具切入切出方式：（ a）斜向式切入；（ b）螺旋式切入 刀具路徑連接 高速加工中的 刀具路徑連接 是指在高進(jìn)給速度時(shí)相鄰刀具路徑間的過(guò)渡連接方式 ， 選取合 理 的 刀具路徑 連接方法 ， 可以 盡可能地避免刀具的空程移動(dòng)， 緩解刀具路徑突然變化導(dǎo)致的切削沖擊， 極大地提高切削效率 。 (a) (b) (c) (d) (e) （ f） 圖 11 典型薄壁結(jié)構(gòu)石墨電極高速 銑削工藝路線實(shí)體圖：（ a）輪廓粗加工；（ b）頂面半精加工；（ c）側(cè)壁 29 半精加工；（ d）頂面和側(cè)壁精加工；（ e）基準(zhǔn)精加工；（ f）直壁精加工 (a) (b) (c) (d) (e) （ f） 圖 12 典型薄壁結(jié)構(gòu)石墨電極高速銑削刀具路徑仿真圖：（ a）輪廓粗加工－偏置區(qū)域清除；（ b）頂面半精加工－投影加工；（ c）側(cè)壁半精加工－等高精加工； （ d）頂面和側(cè)壁精加工－最佳等高精加工；（ e）基準(zhǔn)精加工－平行精加工；（ f）直側(cè)面精加工－等高精加工 利用 Powermill軟件對(duì) 該薄壁結(jié)構(gòu)石墨電極 進(jìn)行高速銑削編程所得的刀具路徑 如圖 12 所示 。 6 高速銑削 工藝 參數(shù)優(yōu)選 由前述工藝難點(diǎn)分析可知， 降低切削力可以減少讓刀和彈刀，提高薄壁結(jié)構(gòu)石墨電極的表面加工質(zhì)量，減小邊角崩碎和折斷 。 通過(guò)優(yōu)選 適用于薄壁石墨電極高速銑削 的刀具材料 、 刀具結(jié)構(gòu) 、編程策略 和工藝參數(shù) 可 以 有效地 解決 石墨電極邊角崩碎問(wèn)題 。nig． Fr228。導(dǎo)師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)風(fēng)格、 務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)、敏銳的洞察力深深影響著我；導(dǎo)師在論文的選題、試驗(yàn)開展以及研究技術(shù)路線等方面給予了關(guān)鍵的指導(dǎo)作用，對(duì)論文的研究工作更是提出了許多建設(shè)性的意見；老師豐富的理論知識(shí)、深厚的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和超人的勤奮使學(xué)生受益終生；在學(xué)習(xí)和生活中，導(dǎo)師也給予了極大的關(guān)心和鼓勵(lì)。 7 結(jié)論 精密薄壁結(jié)構(gòu)石墨電極高速銑削 存在 邊角易崩碎、尺寸精度和已加工表面質(zhì)量難以控制等工藝 難 點(diǎn)。進(jìn)行半精加工時(shí)，由于該 電極的頂面是由平面和圓弧面組合而成，其半精加工 可 采用投影加工策略（圖 12（ b） ） ，而側(cè)壁半精加工則采用的是等高精加工策略（圖 12（ c））。 (a) (b) (c) (d) 圖 10 刀具路徑連接方式：（ a）內(nèi)切圓弧移刀；（ b）空間外向圓弧移刀；（ c）高爾夫球桿頭式移刀；（ d）空間螺旋側(cè)向移刀 典型薄壁結(jié)構(gòu)石墨電極高速銑削編程實(shí)例 下面是采用 Powermill軟件對(duì)圖 11 所示的典型薄壁石墨電極進(jìn)行高速銑削編程的設(shè)計(jì)實(shí)例。通過(guò)平緩且連續(xù)地增加切削載荷，可以減小切削沖擊，避免薄壁崩角和刀具破損。最佳等高精加工策略是一個(gè)綜合等高加工和三維偏置加工的混合策略，使用該策略時(shí)，陡峭的模型區(qū)域?qū)⑹褂玫雀呒庸?，其他的模型區(qū)域則使用三維偏置加工。 三維偏置精加工策略適用于由平面和陡峭曲面混合而成的模型，可得到完美的加工表面。投影加工可將加工策略很好地投影到零件上，所產(chǎn)生的刀具路徑無(wú)論在淺灘區(qū)域還是在陡峭區(qū)域均具有相對(duì)固定的行距 。精加工前，必須首先應(yīng)用區(qū)域清除策略，以切除大量的工件材料。 表 2 Powermill軟件的常用刀具路徑生成策略 [16,17] 粗加工 平行區(qū)域清除，偏置區(qū)域清除 ， 輪廓區(qū)域清除 ， 自動(dòng)平行粗加工 ， 順銑或逆銑加工 ?????? 圖 7 薄壁石墨電極高速銑削專用刀具 圖 6 刀具切入和切出時(shí)薄壁石墨電極側(cè)邊的受力示意圖 [14] 27 5 高速銑削編程策略 目前市場(chǎng)上常用的高速加工 CAM 軟件有Powermill、 Cimatron、 SpaceE、 Unigraphics、Mastercam、 CAXAME（國(guó)產(chǎn)）和 Superman 2020（國(guó)產(chǎn)）等。 目前高速加工常用的刀柄形式主要 有 常規(guī) 7/24 錐度刀柄（ ISO、 BT、 SK 等）、 BBT 刀柄 和HSK 刀柄等。銑刀的螺旋角對(duì)銑削過(guò)程中的切削力合力方向有著重要影響，選擇較小的螺旋角，可以使切削力合力盡量朝向工件材料內(nèi)部，從而可以起到減少崩邊的效果。當(dāng)電極形狀比較簡(jiǎn)單時(shí)，通常采用直徑較大的刀具。精加工時(shí)，立銑刀、圓角銑刀和球頭刀都可用于等高精加工進(jìn)行等高光刀；當(dāng)采用平行精加工策略進(jìn)行平行光刀以及選用三維偏置精加工進(jìn)行三維偏置光刀時(shí)，一開粗 立銑刀 偏置區(qū)域清除 圓角銑刀 基準(zhǔn)開粗 立銑刀 輪廓區(qū)域清除 圓角銑刀 二次開粗 立銑刀 偏置區(qū)域清除 等高光刀 立銑刀 等高精加工 圓角銑刀 球頭刀 平行光刀 球頭刀 平行精加工 三維偏置光刀 球頭刀 三維偏置精加工 基準(zhǔn)精加工 立銑刀 輪廓精加工 光底 立銑刀 平行區(qū)域清除 圓角銑刀 清角 球頭刀 自動(dòng)清角精加工 立銑刀 筆式清角精加工 圖 5 石墨加工刀具的選用 [5] 26 般選用球頭刀；采用輪廓精加工策略進(jìn)行光基準(zhǔn)時(shí)，宜選用平底刀；采用平行區(qū)域清除策略光底面時(shí)，宜選用立銑刀和圓角銑刀。而圓角銑刀又俗稱為圓角銑刀，兼有球頭刀和立銑刀的特點(diǎn)，因此曲面和平面都可采用圓角銑刀進(jìn)行加工 [12,13]。 4 高速銑削加工刀具結(jié)構(gòu)優(yōu)選 結(jié)構(gòu)類型 精密薄壁結(jié)構(gòu)石墨電極高速銑削的常用刀具結(jié)構(gòu)類型有立銑刀、球頭刀和圓角銑刀。 顯然， CVD 金剛石涂層刀具從切削性能上來(lái)說(shuō)是適用于石墨高速銑削的最佳刀具 [9]，但是由于目前刀具的制造工藝尚不穩(wěn)定、刀具價(jià)格非常昂貴，從而限制了其在石墨加工領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣。 CVD 金剛石涂層刀具的允許切削速度比硬質(zhì)合金刀具高 2~3 倍，切削刃鋒利且一致性好，摩擦系數(shù)低，可在高轉(zhuǎn)速、低進(jìn)給下實(shí)現(xiàn)薄壁石墨電極的高速高精密加工 [9]。 目前，適用于石墨加工的刀具材料主要有金剛石刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、硬質(zhì)合金刀具和高速鋼。 高速銑削粗加工的主要目的就是實(shí)現(xiàn)單位時(shí)間的最大材料去除率，為半精加工和精加工預(yù)留出更均勻的切削余量，使工件的加工表面形成接近半精加工的外形輪廓。 n(a)薄壁刀具 n(b)薄壁刀具 名義切削量欠切過(guò)切n刀具( c )薄壁 圖 2 薄壁電極高速銑削時(shí)的欠切和過(guò)切示意圖 ： (a)讓刀 ； (b)彈刀 ； (c)刀具偏擺 24 v = 2 5 0 m / m i n , f z = 0 . 0 8 m m / z , R d = 1 m m , A d = 1 m m?? ? m m , A l T i N c o a t i n g , Ca rb i d e e n d m i l l0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 00Cu t t i n g t i m e ( s )2002 002002 0Cutting forces (N)FxFyFz2 020(a ) 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 00Cu tt in g ti m e ( s )v = 1 4 0 m /m in , fz= 0 . 0 8 m m /z , R d= 0 . 2 m m , A d= 0 . 3 m m?? ? m m , A l Ti N c o a ti n g , Ca r b id e e n d m i ll200 2 00200 2 0Cutting forces (N)FxFyFz 2 020( b ) 圖 3 薄壁高速銑削與普通高速側(cè)銑的切削力對(duì)比 ： (a)側(cè)銑 ； (b)薄壁高速銑削 [4] 已加工表面質(zhì)量和尺寸精度難以保證 薄壁結(jié)構(gòu)石墨電極在加工過(guò)程中 如若出現(xiàn) 由讓刀和彈刀引起的欠切將導(dǎo)致使加工后的薄壁厚度大于名義壁厚，而由刀具偏擺引起的過(guò)切將導(dǎo)致使加工后的薄壁厚度小于名義壁厚，由此