一、
五轴CNC加工材料与刀具方面
(1)材料预处理
干燥处理:确保五轴CNC加工加工材料本身干燥,因为水分是产生气泡的一个因素。对于金属材料,如果是铸造件,要进行充分的烘干,以去除内部可能存在的水分。例如,铝合金铸造件可以在 180 - 220℃的温度下烘干 4 - 6 小时,具体时间和温度根据材料的大小和厚度适当调整。对于塑料材料,有些吸湿性较强,如尼龙,加工前需要在干燥箱中干燥,干燥温度一般在 80 - 100℃左右,干燥时间为 8 - 12 小时,使材料的含水量降低到合适范围,这样可以减少在加工过程中因水分汽化而产生气泡。
材料质量检查:仔细检查材料内部是否有夹杂、疏松等缺陷。这些缺陷可能会导致在加工过程中形成砂眼。例如,在金属材料的检查中,可以使用超声波探伤仪来检测内部的夹杂情况。如果发现材料有质量问题,应更换合格的材料。对于塑料材料,可以通过观察材料表面是否有瑕疵或者进行简单的透光检查来初步判断材料内部质量。
(2)五轴CNC加工刀具选择与维护
刀具材质与几何形状:选择合适的刀具材质和几何形状对于避免气泡和砂眼很重要。刀具材质要具有良好的耐磨性和韧性,例如硬质合金刀具。在刀具几何形状方面,刀具的前角、后角和刃口半径等参数会影响切削过程。对于精加工,适当增大前角可以减小切削力,使切削过程更加平稳,减少材料内部应力的产生,从而降低气泡和砂眼产生的可能性。刃口半径要保持适当的精度,避免刃口磨损后在加工表面留下痕迹,进而引发砂眼。
刀具清洁与润滑:保持刀具的清洁,避免刀具上有杂质或切屑残留。在加工过程中,刀具上的杂质可能会被带入加工表面,形成砂眼。每次使用刀具前,要仔细清理刀具表面。同时,合理的润滑是很重要的。选择合适的切削液,切削液不仅可以起到冷却作用,还能减少刀具与工件之间的摩擦。例如,对于铝合金加工,使用含有极压添加剂的乳化液作为切削液,可以有效降低切削温度,减少气泡产生的几率。
二、五轴CNC加工参数设置
(1)切削速度与进给量
合理匹配:切削速度和进给量要合理匹配。如果切削速度过高,而进给量过小,会导致切削刃在工件表面停留时间过长,产生过多的热量,使材料局部熔化或软化,容易产生气泡。相反,如果进给量过大,切削力过大,可能会导致材料撕裂,产生砂眼。例如,在加工钢件时,根据刀具材料和工件硬度,切削速度一般在 100 - 300m/min 之间,进给量在 0.1 - 0.3mm/r 之间较为合适。对于不同的材料和加工要求,需要通过试验和优化来确定最佳的切削速度和进给量组合。
分层切削策略:采用分层切削策略可以有效减少气泡和砂眼。特别是对于复杂形状的工件或者深型腔的加工。例如,在加工模具型腔时,将切削深度分成若干个较小的层次,每次切削深度控制在 0.5 - 2mm 之间,这样可以使切削力更加均匀地分布,减少材料内部应力集中,避免因应力过大而产生砂眼。同时,分层切削也有利于切削过程中的排屑,防止切屑堵塞在加工区域,影响加工质量。
(2)五轴CNC加工切削液的使用
正确的流量和压力:确保切削液的流量和压力合适。足够的流量可以将切削过程中产生的热量及时带走,同时将切屑冲走。压力不足的切削液可能无法有效地到达切削区域,而流量过大可能会导致切削液在加工区域形成紊流,影响加工精度。一般来说,切削液的压力根据加工情况在 2 - 5MPa 之间调整,流量根据刀具直径和五轴CNC加工方式确定,例如,对于直径为 10mm 的刀具,切削液流量可以控制在 5 - 10L/min 左右。
切削液的喷射角度:切削液的喷射角度也很关键。要使切削液能够准确地喷射到切削刃与工件的接触区域。对于一些复杂形状的五轴加工,可能需要多个切削液喷嘴,并调整好每个喷嘴的角度。例如,在加工具有倾斜表面的工件时,切削液喷嘴可以倾斜一定角度,使切削液能够沿着切削方向喷射,更好地发挥冷却和润滑作用,减少气泡和砂眼的产生。
三、五轴CNC加工编程与工艺规划
(1)刀具路径规划
避免急剧变化:五轴CNC加工在编程时,刀具路径要尽量避免急剧的变化。急剧的刀具路径变化会导致切削力的突变,使材料内部产生应力集中,容易产生砂眼。例如,在加工曲面时,要采用平滑的过渡曲线来连接不同的加工区域。通过合理的数学模型,如样条曲线来规划刀具路径,使刀具在加工过程中的运动更加平稳。对于有多个加工特征的工件,要考虑加工顺序,先加工形状简单、应力影响小的区域,再加工复杂区域,这样可以减少整体的应力积累。
优化进退刀方式:合理的进退刀方式可以减少对工件表面的损伤。采用螺旋进刀或斜坡进刀方式,而不是垂直进刀。螺旋进刀可以使刀具在逐渐切入材料的过程中,切削力缓慢增加,避免了突然切入导致的材料撕裂和砂眼。在退刀时,同样要平稳退出,避免在工件表面留下痕迹。例如,螺旋进刀的螺旋半径可以根据刀具直径来确定,一般为刀具直径的 0.5 - 1 倍,螺旋角在 5 - 10° 之间。
(2)五轴CNC加工加工余量的合理设置
粗加工与精加工余量:合理设置粗加工和精加工余量对于避免气泡和砂眼很重要。粗加工余量要足够,以去除大部分材料,但不能过大,否则会增加精加工的难度和时间。一般粗加工余量根据工件尺寸和材料,在 0.5 - 3mm 之间。精加工余量要适中,通常在 0.1 - 0.3mm 之间,这样可以在保证五轴CNC加工精度的同时,减少因余量过大而产生气泡的可能性。例如,在加工高精度的模具零件时,精加工余量控制在 0.1 - 0.2mm,通过多次精加工来逐步达到最终的尺寸精度和表面质量要求。