數(shù)控銑削加工進(jìn)刀方式的探討
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(shuō)明和總結(jié),通過(guò)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(wèn)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(guò)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(shuō)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(wú)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(shuō)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(guò)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(lái)加工,但由于立銑刀的底切削刃沒(méi)有到刀具的中心,所以立銑刀在垂直進(jìn)刀時(shí)沒(méi)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(méi)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(yè)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(méi)有較大切深的能力。但可以通過(guò)螺旋下刃的方式(圖7所示),通過(guò)刀片的側(cè)刃和底刃的切削,避開刀具中心無(wú)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(guò)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(guò)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(lái)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(guò)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^(guò)小無(wú)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(lái)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(shuō)明書第24頁(yè))來(lái)實(shí)現(xiàn)。但一般在手工編程過(guò)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(wàn)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(lái)達(dá)到Z向進(jìn)刀的目的,如圖10所示。斜線下刀萬(wàn)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(wú)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(lái)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(guò)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(guò)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(wèn)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。
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