数控铣削加工进刀式的探讨.doc

一、前言 数控加工对加工工艺有着特殊的要求，数控加工中对工艺问题处理的好坏，将直接影响数控加工的质量和效率。国内的一些科研技术人员对数控加工的工艺进行了探讨[1-3]，但对于铣削的进刀方式的选择未见单独报道。而在各种型面的数控铣削中,合理地选择切削加工方向、进刀切入方式是很重要的，因为二者直接影响零件的加工精度和加工效率[4]。 本文以数控加工中最常用的自动编程软件CAXA和MasterCAM为例（其它软件相类似，可做参考），通过分析数控铣削加工中各种进刀方式的特点和适用性，在自动编程中如何正确选择进刀方式以达到提高加工效率以及零件表面质量进行探讨。 2. 轮廓加工中的进刀方式 2.1法线进刀和切线进刀 轮廓加工进刀方式一般有两种：法线进刀和切线进刀，如图1中（a）、（b）所示。法线进刀由于容易产生刀痕，因此一般只用于粗加工或者表面质量要求不高的工件。法线进刀的路线较切线进刀短，因而切削时间也就相应较短。 在一些表面质量要求较高的轮廓加工中，通常采用加一进刀引线再圆弧切入的方式，如图2所示，使圆弧与加工的第一条轮廓线相切，能有效地避免因法线进刀而产生刀痕，而且在切削毛坯余量较大时离开工件轮廓一段距离后下刀再切入，很好地起到了保护立铣刀的作用。 需要说明的是：在手工编写轮廓铣削程序时为了编程的方便，或者为了弥补刀具的磨损，常常采用刀补方式进行编程，即在编程时可以不考虑刀具的半径，直接按图样尺寸编程，再在加工时输入刀具的半径（或补偿量）至指定的地址进行加工，但要注意的是，如图3所示，切入圆弧的R值需大于所使用的刀具半径r，否则无法建立补偿而出现报警。至于进刀引线的长短则要根据实际情况计算，但要注意减少空刀的行程。 ? 2.2 非典型轮廓加工中的进刀方式 对于一些非典型轮廓的加工，采用切线进退刀的同时，还应沿轮廓多走多一个重叠量L，可以有效避免因进刀点和退刀点在同一位置而产生的刀痕。重叠量L的大小只需1～2mm即可，如图4所示。 ? 3. 挖槽和型腔加工中的进刀方式 对于封闭的型腔零件加工，下刀方式主要有垂直下刀、螺旋下刀和斜线下刀三种，下面就各下刀方式如何选择进行说明。 3.1垂直下刀 3.1.1小面积切削和零件表面粗糙度要求不高的情况 使用键槽铣刀直接垂直下刀并进行切削。虽然键槽铣刀其端部刀刃通过铣刀中心，有垂直吃刀的能力，但由于键槽铣刀只有两刃切削，加工时的平稳性也就较差，因而表面粗糙度较低；同时在同等切削条件下，键槽铣刀较立铣刀的每刃切削量大，因而刀刃的磨损也就较大，在大面积切削中的效率较低。所以采用键槽铣刀直接垂直下刀并进行切削，通常只用于小面积切削和被加工零件表面粗糙度要求不高的情况下。 3.1.2大面积切削和零件表面粗糙度要求较高的情况 大面积的型腔一般采用加工时具有较高的平稳性和较长的使用寿命的立铣刀来加工，但由于立铣刀的底切削刃没有到刀的中心，所以立铣刀在垂直进刀时没有较大切深的能力，因此一般先采用键槽铣刀（或钻头）垂直进刀后，再换多刃立铣刀加工型腔。在利用CAM软件进行编程的时候，一般都会提供指定点下刀的选项，如图5所示的CAXA制造工程师里的“区域式粗加工”中的“接近点和返回点”选项，指的就是从指定点下刀或退刀；在Mastercam里的“挖槽（Pocket）”二维加工中虽然没有指定下刀点下刀的选项，但在选择一个指定点后，再选择加工区域，则系统会自动从选择的指定点下刀；而在曲面粗加工“挖槽粗加工”方式中，则在粗加工参数（Rough parameters）设置页有相应的选择项，如图6所示。 对于其它方式的曲面粗加工，一般都可以在参数设置中找到相应的选项。 3.2 螺旋下刀 螺旋下刀方式是现代数控加工应用较为广泛的下刀方式，特别是模具制造行业中应用最为常见，刀片式合金模具铣刀可以进行高速切削，但和高速钢多刃立铣刀一样在垂直进刀时没有较大切深的能力，但可以通过螺旋下刀的方式（图7所示），通过刀片的侧刃和底刃的切削，避开刀具中心无切削刃部分与工件的干涉，使刀具沿螺旋朝深度方向渐进从而达到进刀的目的，这样可以在切削的平稳性与切削效率之间取得一个较好的平衡点。 a） b） 图 7 螺旋下刀方式 在CAXA中，螺旋下刀方式设置选项主要有4项：半径、螺距、第一及第一层以后螺旋进刀高度，如图8所示。螺旋半径的大小一般情况下应大于刀具直径的50%，但螺旋半径过大，进刀的切削路程就越长，下刀耗费的时间也就越长，一般不超过刀具直径的大小；螺距的数值要根据刀具的吃深能力而定，一般在0.5～1之间；第二层进刀高度一般等于第一层下刀高度减去慢速下刀的距离即可。 在Mastercam中，则对螺旋下刀方式作了更人性化和更细致的设定（如图9所示），如给定一个螺旋半径大小的范围，系统可以根据工件的形状自动去判断和选择最为