若采用三軸聯動加工，......



若采用三軸聯動加工，會使槽底和筋形發生傾斜。在具有任意母線輪廓的燃燒室內壁外表面上加工等傾角螺旋槽是我國新一代液體火箭發動

機研制中一個亟待解決的難題。
圖1 等傾角螺旋槽示意圖
本文有[www.0574-laser.com]提供，請及時關注[www.0574-laser.com]提供的內容
圖2 螺旋槽加工運動解析圖
2 等傾角螺旋槽的五軸控制、四軸聯動加工
根據等傾角螺旋線的數學模型和運動解析，為保證切削點與刀具中心的連線始終沿工件的法線方向且始終位于工件中心軸線的水平面內，必須

增加一個回轉軸以實時跟蹤工件法線的變化，即為了保證獲得正確的槽底和筋形，用片銑刀加工任意母線回轉體外表面的螺旋槽時至少需要四

軸聯動。圖2為螺旋槽加工運動解析圖。
1.動力電機 2.回轉軸 3，4.回轉工作臺 5.片銑刀 6.工件
圖3 螺旋槽加工部件
螺旋槽加工部件如圖3所示。銑削動力電機1的轉速通過交流變頻控制，共有8檔速度，用數控加工的M指令編程控制。非伺服控制的回轉軸2用
本文有[www.0574-laser.com]提供，請及時關注[www.0574-laser.com]提供的內容

于調整螺旋角(參照該處的刻度指示)，并使用專用工具精確對刀。伺服電機驅動的精密數控回轉工作臺3在水平面內回轉，用于保證切削點始

終位于工件中心軸線的水平面內，并使切削點與該軸回轉中心的連線沿切削點處的工件外輪廓法線方向，在機床坐標系中該回轉軸定義為B軸

。伺服電機驅動的精密數控回轉工作臺4用于完成加工中工件6的回轉和分度，該回轉軸在機床坐標系中定義為A軸。為保證筋寬相等，使用兩

片片銑刀5加工，二銑刀之間夾一個墊片，墊片厚度即為隔離筋寬度。另外三個直線軸X、Y、W軸在機床坐標系中的方向定義見圖2和圖3。加工

中，除了對X、W軸進行輪廓軌跡插補外，還要對B軸擺動造成的坐標偏差進行補償。Y軸用于調整切削點的高度(使該點與工件中心軸線在同一

水平面內)，它與其它坐標軸無聯動關系。完成任意母線回轉體外表面等傾角螺旋槽的銑削加工需要進行五軸控制、四軸聯動的數控切削。
為完成螺旋槽加工的數控編程，專門研制了針對上述加工運動方案的自動編程數據處理系統，通過分析螺旋槽加工的干涉誤差，提出了選取片

銑刀直徑的簡化算法。
3 典型工件的加工技術
某型號液體火箭發動機燃燒室內壁收—擴段如圖4 所示，其輪廓母線由一段直線和一組用離散數據點描述的曲線構成。在直線段和曲線段連接

處，工件直徑和曲率發生急劇變化，形成一個“喉”部區域，“喉”部區域的平穩過渡加工是該工件加工的主要難點之一。
圖4 銑削方式的確定
銑削方式的確定
逆銑
逆銑可消除機械部件間隙的影響，減小切削過程中的振動。但由于燃燒室工件材料的粘性較強，隔離筋的寬度較窄，槽深相對于筋寬較深，在

加工過程中發現，不論選用多大的可行進給速度和主軸轉速，均會造成螺旋筋嚴重撕裂，使槽底和筋的表面粗糙度過大。
直線—曲線順銑
如圖4所示，若按照圖中方向①加工，AO段為直線，此處噴管為圓柱輪廓。從該段的起點A處起刀加工，對刀較方便，有利于加工前的準備工作

，簡化操作要求。但在實際切削中發現，這種銑削方式存在以下問題：
圖5 “喉部”卡刀現象
圖6 直線—曲線順銑時擺臂的受力
極易在“喉”部“卡刀”或“悶車”
若使用新換刀具且進給速度較慢時(<30mm/min)，加工時可順利通過“喉”部。但當刀具磨損或進給速度大于50mm/min時，會在“喉”部發生

“卡刀”現象，使刀桿、刀具和工件受損(見圖5)。這種現象的發生與B軸擺臂的結構和受力方向有關。如圖6所示，此時在“喉”部，刀具受

力fc和B軸的進給方向均有使切削深度增大的趨勢。當刀具磨損變鈍后，機械結構的振動和數控加工程序段變化引起的微小沖擊都會成為刀具

在此處“卡刀”的影響因素。
圖7 尾部筋形損壞
圖8 曲線—直線順銑方式加工的長筋和夾筋
圖9 B軸的調整
圖10 對刀和起刀點
尾部退刀時損傷螺旋筋
當由直線段向曲線段方向順銑時，B軸擺臂在“喉”部形成的較大彈性變形在整個曲線段加工中無法減緩。當加工完一條槽退刀時，B軸擺臂產

生彈性變形回放，可使尾部筋形受損，如圖7所示。
無法實現“夾筋”的加工
由圖7可見，若在工件直徑較大部分仍然加工與直徑較小部分相同數量的螺旋槽，則在兩條筋之間會殘留較多未切削部分。根據零件加工要求

，必須將該殘留部分也切削為與其它長筋等寬的短筋(稱為“夾筋”)。經過實際加工測試發現，按直線—曲線順銑加工方向加工“夾筋”時，

起刀點及對刀方法均很難確定。
曲線—直線順銑
如圖4所示，若按方向②采用由曲線段到直線段的順銑方式，盡管對刀和起刀點的確定比較困難，但較好解決了“喉”部“卡刀”、尾部筋形

損壞、無法加工“夾筋”等重大工藝問題。圖8為采用曲線—直線順銑方式切削加工的收—擴段螺旋槽和“夾筋”。
機床對刀和起刀點的確定
B軸的調整
加工螺旋槽時，為獲得正確的筋形，必須保證切削點、刀具中心(實際為兩片銑刀之間的墊片中心)和B軸回轉中心在一條直線上。在進行任何

輪廓的螺旋槽加工之前，需先調整B軸，使B軸部件處于加工圓柱段輪廓時的狀態。用量表檢測擺臂上的對刀塊，使擺臂沿W軸方向(即DEG為一

條直線)(見圖9)。計算因豎直刀桿轉動螺旋角b而造成的B軸補償值B，令B軸回轉B，使切削點、刀具中心和B軸回轉中心在一條直線上(即DEF

為一條直線)，然后將B軸清零，此時B軸正好處于加工圓柱段螺旋槽的位置。B的計算公式為
B=arctan(Lhsinb/Lb)
式中：Lh——豎直刀桿長度
Lb——水平擺臂長度
b——螺旋傾角
對刀方法和起刀點計算
對于圖4所示工件，采用曲線—直線順銑方式進行切削時，必須解決對刀和起刀點設置問題，即必須確定起刀點S的B軸、X軸和W軸坐標(見圖

10)。由于S點位于離散點區域，直接使用該點對刀相當困難。
B軸確定后，在自動編程系統生成的數控加工程序中，獲取離散點輪廓末尾點S的B軸坐標值B0，S點的法線方向為NN'(見圖10)。編寫數控程序

，令B軸回轉Bb，即令B軸擺動到加工S點的狀態。由于S點的一側為四爪卡盤，沒有對刀空間，因此不能在該點對刀。
令銑刀低速旋轉，在頂尖一側的工件端面對刀，記下此處數控系統顯示的X軸機床坐標值，設為XT，由工件圖紙得到該端面至S點的X方向距離