由于外形氣動要求蚜烹，航空結(jié)構(gòu)件存在大量單向（直紋曲面）或雙向曲面造型，基于結(jié)構(gòu)特點，加工時常常需要大量應(yīng)用五軸聯(lián)動策略坠七。

常規(guī)零件或模具加工時，對曲面的處理多采用球面擬合行切的算法旗笔，通過減少步進距離以及密集的點分布策略來降低弦偏差彪置，以達到高質(zhì)量的加工表面。

對于航空結(jié)構(gòu)件而言蝇恶，因其零件結(jié)構(gòu)剛性弱拳魁，加工效率要求高等特點，行切方法可用范圍小撮弧，通常只局限于底部造型和底角連接處的清根操作潘懊，而對于側(cè)壁輪廓，特別是薄壁結(jié)構(gòu)無法實現(xiàn)贿衍。

側(cè)刃擬合加工是針對直紋曲面?zhèn)缺谠煨偷囊环N有效方法授舟，“S件”機床性能測試即基于此方法提出婆跋，與球面行切的方式相比，側(cè)刃擬合加工精度要求更偏重于刀軸矢量插補的形式和密度络灾，而非刀位點分布簇精。

這樣的加工方式對機床五軸聯(lián)動的精度和運動性能都有較高的要求，因此被用作機床性能測試的一項標準蜕芭。

相對而言载秀，雙擺軸形式的機床，雖然在行程上受限較大乳的，但對于矢量插補有著更好的適應(yīng)性泥贷，而常用的轉(zhuǎn)軸-擺軸機床，則需要在短時間较谣、短距離內(nèi)執(zhí)行大量的變角運動帐扯，往往導致加工表面出現(xiàn)過欠切現(xiàn)象。

因此為了更好加工擁有此類結(jié)構(gòu)特點的零件趾赡，zimmermann公司專門推出了一款6軸設(shè)備赴辨，以同時滿足矢量插補準確和行程范圍足夠的要求。

側(cè)刃擬合加工的另一個挑戰(zhàn)在于加工側(cè)壁面的高度和轉(zhuǎn)角好勤，因其加工刀具直徑受到結(jié)構(gòu)造型轉(zhuǎn)角的限制捣域，而刀具有效加工長度受到側(cè)壁高度的限制，加工刀具的剛性常常成為瓶頸宴合。

錐度銑刀（鉛筆刀和燕尾刀）的使用焕梅，以圓錐側(cè)刃替代圓柱側(cè)刃（有效運算接觸都是一條直線），通過圓錐段的角度卦洽，一是實現(xiàn)了刀柄處的避讓贞言，二是可以選擇直徑更大刀柄來增強刀具剛性，三是圓錐前端的球頭可以加工出較小的底角或轉(zhuǎn)角阀蒂。

這種刀具造型的應(yīng)用该窗，實現(xiàn)了短刀加工深腔、一刀多用同時實現(xiàn)側(cè)壁加工和清根蚤霞、以及用側(cè)刃擬合加工底面酗失，為五軸聯(lián)動加工的多樣化提供了便利。

分段圓弧輪廓銑刀在錐度銑刀的基礎(chǔ)上昧绣，將圓錐體輪廓圓弧化规肴，形成類似水滴造型（圖1、2）夜畴，因此也被稱作水滴刀塞姻。相對普通錐度銑刀，分段圓弧銑刀有著更高的加工靈活度的惕，為側(cè)壁形面加工開啟了新思路尺澜。

文章默認長度單位為毫米（mm）括柿，角度單位為度（deg）

分段圓弧銑刀加工原理

一.側(cè)向傾角

由于分段圓弧銑刀輪廓為非直紋錐面，因此與側(cè)壁切點可隨著刀具側(cè)向傾角變化在圓弧輪廓上下移動延坡。

為了方便計算，將刀尖球頭設(shè)為0付厦，簡化刀具輪廓（圖3）舵博，刀具包含參數(shù)：上端半徑（刀柄半徑）r，錐度θ超默，輪廓圓弧半徑R蟆盖，側(cè)向可偏移傾角δ。

可以很方便計算出园环，當切點分別在圓弧輪廓上下邊緣時多梦，可減少或增加的偏移傾角遵循公式（1）

以r=10，θ=15陋气，R=200代入劳吠，計算可得δ=5.543度，當?shù)都鈳в星蝾^時巩趁，上側(cè)偏移傾角δ_U=δ下側(cè)記為δ_D痒玩，如圖4。

令輪廓圓弧圓心坐標為（X_O议慰，Y_O）刀尖球頭圓心為（X_T蠢古，Y_T），兩者切點坐標為（X_K别凹，Y_K）草讶，刀尖球頭半徑為R_T，各項參數(shù)滿足方程組（2）：

令 R_T=3炉菲，通過作圖計算出δ_D=3.072堕战，即該刀具可用的側(cè)傾角為9.457-18.072，當傾斜角度超過18.072時颁督，改由刀尖球頭擬合切削践啄。

二.轉(zhuǎn)角避讓

錐度銑刀加工側(cè)壁時，由于是全刃接觸沉御，側(cè)刃加工只能通過比自身上端半徑大的轉(zhuǎn)角（當側(cè)壁面足夠高時）小愚，對于更小的轉(zhuǎn)角，實際改由刀尖球頭行切芋甸。

分段圓弧銑刀因為側(cè)傾角可調(diào)整绪毅，相對錐度銑刀而言，可獲得更大的避讓間隙谬咽，因此也能通過更小的轉(zhuǎn)角叙傅。

以90度轉(zhuǎn)角為例众新，不產(chǎn)生碰撞要求由額外角度增加所帶來的避讓間隙大于刀具圓弧輪廓部分上端最大半徑⌒艽停可以推導弄袜，要避免碰撞，轉(zhuǎn)角半徑需要滿足不等式（3）：

已知r=10汛滩，作圖計算出H=11.763女溺，代入計算得。由此可知函绊，相對錐度銑刀敛竭，分段圓弧銑刀可側(cè)刃銑削加工的轉(zhuǎn)角更小。

三.表面光潔度

分段圓弧銑刀應(yīng)用的是圓弧擬合曲面模式阁最，因輪廓圓弧半徑較大戒祠，采用分層銑削時，理論表面殘留較球頭刀而言要小很多[5]速种。根據(jù)計算公式（4）姜盈，可計算表面殘留高度h：

其中為層進，分別采用D6球頭刀哟旗、D20球頭刀和R200分段輪廓銑刀加工時贩据，為了達到0.002以下殘高，理論層進分別為0.2闸餐、0.4和1.78饱亮。

四.五軸聯(lián)動機床運動分析

在Tebis CAM平臺，分別使用標準立銑刀D10和分段圓弧銑刀D10R50RT2對標準S件（圖6）進行側(cè)邊五軸聯(lián)動加工編程舍沙。

分析程序過程中近上，機床轉(zhuǎn)軸C、擺軸A/B隨時間運動得到圖7拂铡、圖8：

可以看到壹无，采用立銑刀進行側(cè)壁加工時，在S面中段实射，機床的轉(zhuǎn)軸和擺軸在短時間和距離內(nèi)都出現(xiàn)了大幅度的轉(zhuǎn)動启中，這也是S件測試常出現(xiàn)加工缺陷的區(qū)域。

分段圓弧銑刀編程

一.刀具創(chuàng)建

真實輪廓刀具的支持是采用該類刀具進行編程的前提磺伍，Tebis軟件可以直接讀取刀具輪廓疯食，并按照真實造型在工件表面計算接觸點。

二.側(cè)傾角驅(qū)動

側(cè)傾角驅(qū)動分為被動式和主動式或缘，被動式驅(qū)動由定義好的刀軸和工件表面計算接觸點梅明，只需要刀具造型真實，接觸點就是唯一且確定的。

三軸加工乳环、定角度加工以及刀軸驅(qū)動式五軸聯(lián)動加工都屬于被動式側(cè)傾角驅(qū)動匠泵。

Tebis支持主動式側(cè)傾角驅(qū)動，可以選擇根據(jù)側(cè)壁高度自動調(diào)節(jié)側(cè)傾角倘回，以滿足避讓和加工余量均勻的要求了酌。

螺旋樣件加工驗證

螺旋樣件表面為扭轉(zhuǎn)直紋面，有著非常典型的航空結(jié)構(gòu)件特點和代表性音瓷。

使用分段輪廓刀具牧愁、五軸聯(lián)動策略加工零件表面，層進0.4外莲，加工結(jié)果，零件表面光潔度達到Ra0.8以上兔朦。

總結(jié)

相較于傳統(tǒng)側(cè)壁加工采用的立銑刀偷线、球頭刀和錐度銑刀，分段圓弧銑刀配合五軸聯(lián)動策略側(cè)壁加工方法有其特點和優(yōu)勢沽甥。

相對于立銑刀声邦、錐度銑刀側(cè)壁加工，分段圓弧銑刀有著更廣泛的適用性摆舟，可用于加工更高（深）的側(cè)壁亥曹，加工更小的轉(zhuǎn)角，以及一次性同時加工側(cè)壁和底角恨诱。

對扭轉(zhuǎn)直紋面變角區(qū)域進行加工時媳瞪，可以有效減少機床轉(zhuǎn)軸/擺軸運動的幅度。

同時照宝，由于輪廓弧度的存在蛇受，分段圓弧刀具可以對較平坦的凹型鼓形面進行加工，而立銑刀僅能加工凸性鼓形面巫顽。

相對球頭刀行切加工菱脯，分段圓弧銑刀可以實現(xiàn)更高的加工效率，更高的表面加工品質(zhì)菲痹。

側(cè)刃加工的方式可以有效減少薄壁零件的讓刀回彈湘秀，減少零件變形，針對航空結(jié)構(gòu)件加工要求有更大的優(yōu)勢编毒。

（柳綠洲 Tebis）

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