本文對(duì)數(shù)控鐵削加工中的輪廓加工、挖槽和型腔加工等不同加工類型進(jìn)刀方式的選擇作了有針對(duì)性的說明和總結(jié)，通過分析各種進(jìn)刀方式的特點(diǎn)和適用性，給出了提高加工效率和零件表面質(zhì)量的措施.對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)具有較強(qiáng)的指導(dǎo)作用。

數(shù)控加工對(duì)加工工藝有著特殊的要求。數(shù)控加工中對(duì)工藝問題處理得好壞，將直接影晌數(shù)控加工的質(zhì)量和效率。國(guó)內(nèi)的一些科研人員對(duì)數(shù)控加工的工藝進(jìn)行了探討，但對(duì)于銑削進(jìn)刀方式的選擇未見單獨(dú)報(bào)道。而在各種型面的數(shù)控銑削中，合理地選擇切削加工方向、進(jìn)刀切入方式是很重要的，因?yàn)閮烧邔⒅苯佑绊懥慵募庸ぞ群图庸ば省?/p>

本文以數(shù)控加工中最常用的自動(dòng)編程軟件CAXA和MasterCAM為例(其他軟件相類似，可做參考)，通過分析數(shù)控銑削加工中各種進(jìn)刀方式的特點(diǎn)和適用性，圍繞在自動(dòng)編程中如何正確選擇進(jìn)刀方式的主題進(jìn)行探討，以達(dá)到提高加工效率，改善零件表面質(zhì)量的目的。

一、輪廓加工中的進(jìn)刀方式

1.法線進(jìn)刀和切線進(jìn)刀

輪廓加工進(jìn)刀方式一般有兩種:法線進(jìn)刀和切線進(jìn)刀，如圖1所示。由于法線進(jìn)刀容易產(chǎn)生刀痕，因此一般只用于粗加工或者表面質(zhì)量要求不高的工件。法線進(jìn)刀的路線較切線進(jìn)刀短，因而切削時(shí)間也就相應(yīng)較短。

圖1 法線進(jìn)刀與切線進(jìn)刀方式

在一些表面質(zhì)量要求較高的輪廓加工中，通常采用加一條進(jìn)刀引線再圓弧切入的方式，使圓弧與加工的第一條輪廓線相切，能有效地避免因法線進(jìn)刀而產(chǎn)生刀痕，如圖2所示。而且在切削毛坯余量較大時(shí)離開工件輪廓一段距離下刀再切入，很好地起到了保護(hù)立銑刀的作用。

圖2 圓弧切入的方式

需要說明的是:在手工編寫輪廓銑削程序時(shí)為了編程的方便，或者為了彌補(bǔ)刀具的磨損，常常采用刀補(bǔ)方式進(jìn)行編程，即在編程時(shí)可以不考慮刀具的半徑，直接按圖樣尺寸編程，再在加工時(shí)輸入刀具的半徑(或補(bǔ)償量)至指定的地址進(jìn)行加工。但要注意切入圓弧的R值需大于所使用的刀具半徑r，否則無法建立補(bǔ)償而出現(xiàn)報(bào)警，如圖3所示。至于進(jìn)刀引線的長(zhǎng)短則要根據(jù)實(shí)際情況計(jì)算，但要注意減少空刀的行程。

圖3 切入與刀補(bǔ)的建立

2.非典型輪廓加工中的進(jìn)刀方式

在對(duì)于一些非典型輪廓的加工，采用切線進(jìn)退刀的同時(shí)，還應(yīng)沿輪廓走多一個(gè)重疊量L，可以有效避免因進(jìn)刀點(diǎn)和退刀點(diǎn)在同一位置而產(chǎn)生的刀痕。重疊量L一般取1~2mm即可，如圖4所示。

圖4 切削重疊量

二、挖槽和型腔加工中的進(jìn)刀方式

對(duì)于封閉型腔零件的加工，下刀方式主要有垂直下刀、螺旋下刀和斜線下刀三種，下面就如何選擇各下刀方式進(jìn)行說明。

1.垂直下刀

(1)小面積切削和零件表面粗糙度要求不高的情況

使用鍵槽銑刀直接垂直下刃并進(jìn)行切削。雖然鍵槽銑刀其端部刀刃通過銑刀中心，有垂直吃刀的能力，但由于鍵槽銑刀只有兩刃切削，加工時(shí)的平穩(wěn)性也就較差，因而表面粗糙度較n;同時(shí)在同等切削條件下，鍵槽鐵刀較立鐵刀的每刃切削量大，因而刀刃的磨損也就較大，在人面積切削中的效率較低。所以，采用鍵槽銑刀直接垂直下刀并進(jìn)行切削的方式，通常只用于小面積切削或被加工零件表面粗糙度要求不高的情況。

(2)大面積切削和零件表面粗糙度要求較高的情況

大面積的型腔一般采用加工時(shí)具有較高的平穩(wěn)性和較長(zhǎng)使用壽命的立銑刀來加工，但由于立銑刀的底切削刃沒有到刀具的中心，所以立銑刀在垂直進(jìn)刀時(shí)沒有較大切深的能力，因此一般先采用鍵槽銑刀(或鉆頭)垂直進(jìn)刀后，再換多刃立銑刀加工型腔。在利用CAM軟件進(jìn)行編程的時(shí)候，一般都會(huì)提供指定點(diǎn)下刀的選項(xiàng)。如圖 5所示的CAXA制造工程師里的“區(qū)域式粗加工”中的“接近點(diǎn)和返回點(diǎn)”選項(xiàng)，指的就是從指定點(diǎn)下刀或退刀。在MasterCAM里的“挖槽 (Pocket )”二維加工中雖然沒有指定下刀點(diǎn)下刀的選項(xiàng)，但在選擇一個(gè)指定點(diǎn)后，再選擇加工區(qū)域，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)從選擇的指定點(diǎn)下刀;而在曲面粗加工“挖槽粗加工”方式中，則在粗加工參數(shù)(Rough parameters)設(shè)置頁有相應(yīng)的選擇項(xiàng)，如圖6所示。

圖5 CAXA指定點(diǎn)下刀或退刀選項(xiàng)

對(duì)于其他方式的曲面粗加工，一般都可以在參數(shù)設(shè)置中找到相應(yīng)的選項(xiàng)。

圖6 MasterCAM指定點(diǎn)下刀或退刀選項(xiàng)

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2.螺旋下刀

螺旋下刀方式是現(xiàn)代數(shù)控加工應(yīng)用較為廣泛的下刀方式，特別是模具制造行業(yè)中應(yīng)用最為常見。刀片式合金模具銑刀可以進(jìn)行高速切削，但和高速鋼多刃立銑刀一樣在垂直進(jìn)刀時(shí)沒有較大切深的能力。但可以通過螺旋下刃的方式(圖7所示)，通過刀片的側(cè)刃和底刃的切削，避開刀具中心無切削刃部分與工件的干涉，使刃具沿螺旋朝深度方向漸進(jìn)，從而達(dá)到進(jìn)刀的目的。這樣，可以在切削的平穩(wěn)性與切削效率之間取得一個(gè)較好的平衡點(diǎn)。

圖7 螺旋下刀方式

在CAXA中，螺旋下刀方式設(shè)置選項(xiàng)主要有4項(xiàng):半徑、螺距、第一及第二層以后螺旋進(jìn)刀高度，如圖8所示。螺旋半徑的大小一般情況下應(yīng)大于刀具直徑的 50%，但螺旋半徑過大，進(jìn)刀的切削路程就越長(zhǎng)，下刀耗費(fèi)的時(shí)間也就越長(zhǎng)，一般不超過刀具直徑的大小，螺距的數(shù)值要根據(jù)刀具的吃深能力而定，一般在 0.5~1之間:第二層進(jìn)刀高度一般等于第一層下刀高度減去慢速下刀的距離即可。

圖8 CAXA螺旋下刀選項(xiàng)

在MasterCAM中，則對(duì)螺旋下刀方式作了更人性化和更細(xì)致的設(shè)定(如圖9所示)，如給定一個(gè)螺旋半徑大小的范圍，系統(tǒng)可以根據(jù)工件的形狀自動(dòng)去判斷和選擇最為合適的土徑去下刀;X,Y方向安全距離可以更好地避免下刀時(shí)造成的干涉現(xiàn)象的發(fā)生;還有在螺旋下刀時(shí)是采用Z向還是水平方向的進(jìn)刀速率，以及螺旋下刀失敗時(shí)是改為垂直進(jìn)刀還是中斷程式等。和CAXA相比，MasterCAM不是用螺距而是用螺旋升角來設(shè)置刀具運(yùn)動(dòng)一周后沿Z軸切深的距離的。螺旋升角選取得太小，螺旋圈數(shù)增多，切削路程加長(zhǎng);升角太大，又會(huì)產(chǎn)生過大的端刃切削，一般取3°~10°之間為宜。

圖9 MasterCAM螺旋下刀選項(xiàng)

螺旋下刀也有其固有的弱點(diǎn)，比如切削路線較長(zhǎng)、在比較狹窄的型腔加工中往往因?yàn)榍邢鞣秶^小無法實(shí)現(xiàn)螺旋下刀等，所以有時(shí)需采用較大的下刀進(jìn)給或鉆下刀孔等方法來彌補(bǔ)，所以選擇螺旋下刀方式時(shí)要注意靈活運(yùn)用。

手工編寫螺紋下刀程式比較繁瑣，在華中21M或22M系統(tǒng)中可利用G02/G03螺旋進(jìn)給指令(詳見21M世紀(jì)星銑削數(shù)控裝置編程說明書第24頁)來實(shí)現(xiàn)。但一般在手工編程過程中不常用螺旋下刀。

3.斜線下刀

斜線下刀時(shí)刀具快速下至加工表面上萬一個(gè)距離后，改為以一個(gè)與工件表面成一角度的方向，以斜線的方式切入工件來達(dá)到Z向進(jìn)刀的目的，如圖10所示。斜線下刀萬式作為螺旋下刀方式的一種補(bǔ)充，通常用于因范圍的限制而無法實(shí)現(xiàn)螺旋下刀時(shí)的長(zhǎng)條形的型腔加工。

斜線下刀主要的參數(shù)有:斜線下刀的起始高度切入斜線的長(zhǎng)度、切入和反向切入角度。起始高度一般設(shè)在加工面上方0.5~1mm之間;切入斜線的長(zhǎng)度要視型腔空間大小及銑削深度來確定，一般是斜線愈長(zhǎng)，進(jìn)刀的切削路程就越長(zhǎng);切入角度選取得大小，斜線數(shù)增多，切削路程加長(zhǎng);角度太大，又會(huì)產(chǎn)生不好的端刃切削的情況，一般選5°~200°之間為宜。通常進(jìn)刀切入角度和反向進(jìn)刀切入角度取相同的值。

圖10 切入和反向切入角度

在CAXA中，將斜線下刀方式分解成兩種類型:Z字型和傾斜線，如圖11所示。一般一次切深較大的情況下選用Z字型的方式;因?yàn)閮A斜線下刀方式是通過下刃距離和角度自動(dòng)計(jì)算出走刀斜線的長(zhǎng)度的，所以使用時(shí)要特別注意角度值的設(shè)置。

與CAXA斜線下刀方式?jīng)]置的簡(jiǎn)潔實(shí)用相比，MasterCAM對(duì)斜線下刀方式設(shè)置選項(xiàng)突出了人性化的特點(diǎn)(如圖12所示)，比如限定斜線的長(zhǎng)度范圍、設(shè)置X、Y方向安全距離避免與加工輪廓的干涉，還有在斜線下刀時(shí)是采用Z向還是水平方向的進(jìn)刀速率，以及斜線下刀失敗時(shí)是改為垂直進(jìn)刀還是中斷程式，X、Y 向角度可自動(dòng)計(jì)算......

圖11 CAXA斜線下刀參數(shù)設(shè)置

圖12 MasterCAM斜線下刀參數(shù)設(shè)置

三、結(jié)論

綜上所述，正確理解數(shù)控銑削加工中各種進(jìn)刀方式的特點(diǎn)和適用范圍，同時(shí)在編程中設(shè)置合理的切削參數(shù)，對(duì)提高加工效率及零件表面質(zhì)量，如避免接刀痕、過切等現(xiàn)象的發(fā)生以及保護(hù)刀具等都有重要的意義。

其他常用自動(dòng)編程軟件，如UG, Cimatron, PowerMILL等，其進(jìn)刀方式的選擇和進(jìn)刀切ail參數(shù)的設(shè)置與本文所厭軟件基本相類似，這里就不再贅述了。編程者可結(jié)合銑削的工藝性等問題根據(jù)具體情況去選擇合適的進(jìn)刃方式，在生產(chǎn)實(shí)踐中加以靈活變通和應(yīng)用。