典型加工路径分析

时间：2023-06-17 理论教育 版权反馈

【摘要】：5）刀具半径补偿的启动/取消段的长度应大于1倍刀具直径，一般可取2倍直径。2）圆弧切线切入/切出方式均增加了一段直线，用于建立/取消刀具半径补偿，如图2-9d所示。其中图2-10a为往复斜坡下刀粗铣挖槽，挖槽部分采用了等距环绕轨迹，最后直接提刀；轮廓精铣为直接下刀与提刀，必要时可以考虑刀具半径补偿指令的应用。

典型加工路径分析

1.平面铣削加工

平面铣削加工主要讨论面铣刀端铣削无约束边界平面加工，有约束边界的平面加工放到二维轮廓铣削加工一并考虑。无约束边界平面铣削加工时要注意以下几点。

1）通常在工件外（空刀）移动刀具至所需的深度。

2）精加工时，必须在工件外（空刀）改变刀具的移动方向。

3）为了得到较好的切削条件，要保证刀具中点在切削区域内，即切削宽度大于刀具半径，一般控制切削宽度约为刀具直径的75%。

4）合理控制加工余量，尽可能粗、精加工两刀完成平面加工。对要求不高的表面可以考虑一刀加工完成。

5）虽然数控机床的进给丝杠属无间隙机构，但从加工平稳性和表面质量考虑，粗加工（切削力较大时）还是尽可能选择不对称逆铣，而精加工一般可按顺铣加工选择刀具路径。

6）尽可能选择机夹可转位面铣刀铣削。

7）切削路径以直线为主，进给方向尽可能与工件长边平行，以减少走刀次数。

在铣削刀具路径选择安排上，根据工件宽度的不同分为单次走刀铣削与多次走刀铣削两种。

当工件宽度小于刀具直径时，可采取单次走刀铣削，如图2-6所示。尽可能避免对称铣削。当工件宽度要求大于刀具半径时，一般可取刀具直径的75%左右。碳钢多采用不对称逆铣，加工硬化明显的不锈钢或耐热合金则采用不对称顺铣。背吃刀量较大的粗铣一般采用切削平稳的不对称逆铣，背吃刀量较小的精铣，则采用加工变形小的不对称顺铣。

图2-6 单次走刀铣削平面

当工件宽度大于刀具直径时，需多次走刀铣削，见表2-1。

表2-1 多次走刀铣削平面

（续）

2.二维轮廓铣削加工

二维轮廓铣削加工指刀具按两轴联动移动，通过控制切削深度实现轮廓加工的方法。二维轮廓加工需考虑的问题如下：

（1）水平面内切入/切出方式包括直接切入/切出、直线切线切入/切出和圆弧切线切入/切出等，如图2-7所示。图中S为起始点，E为结束点。直接切入/切出可适合所有场合，但其切入/切出点可能留下痕迹，且切削力变化较大；直线切入/切出必须确保加工轮廓具有两条相交的直线和适当的夹角；圆弧切线切入/切出几乎无限制条件，一般选择在直线的中间，必要时设置一段搭接量L。

在确定切入/切出方式时，必须注意以下问题：

1）当编程时准备采用刀具半径补偿指令时，切入/切出段一般分成两端编程，起始/结束段为直线，用于刀具半径补偿的建立/取消。

2）切入/切出方式的选择受切入/切出点、切入/切出图素（直线或圆弧）、内/外轮廓等因素的影响。

图2-7 切入/切出方式

a）直接切入/切出 b）直线切线切入/切出 c）圆弧切线切入/切出

3）切入/切出方式的选择可以是以上三种方式的组合，如图2-9e、f所示的组合式切线切入/切出方式。

4）起始点S和结束点E必须选择在毛坯轮廓之外无加工材料处，否则要考虑下刀问题。

以下列举几种切入/切出方式图解供读者研读。

图2-8所示为圆弧图素切入/切出图解。

图2-8 圆弧图素切入/切出方式

a）、e）直接切入/切出 b）、f）、g）、h）圆弧切线切入/切出 c）、d）直线切线切入/切出

1）直接切入/切出可用于内、外轮廓，如图2-8a、e所示。切入/切出轨迹可一段编写，但其长度必须大于1.5倍的刀具直径，一般取2倍或略多的刀具直径。

2）圆弧切线切入/切出方式均增加了一段直线，用于建立/取消刀具半径补偿，如图2-8b、f、g、h所示。

3）外轮廓直线切线切入/切出方式如图2-8c、d所示，前者编程简单，但可能产生过切，后者可较好地克服过切问题。

4）内轮廓无法使用直线切线切入/切出方式，但应尽可能扩大切入/切出圆弧的半径，如图2-8g、h所示。

5）刀具半径补偿的启动/取消段的长度应大于1倍刀具直径，一般可取2倍直径。

图2-9所示为直线图素切入/切出图解。

图2-9 直线图素切入/切出方式

）直接切入/切出 b）、c）直线切线切入/切出 d）圆弧切线切入/切出 e）、f）组合式切线切入/切出

1）直接切入/切出可用于内、外轮廓，如图2-9a所示。

2）圆弧切线切入/切出方式均增加了一段直线，用于建立/取消刀具半径补偿，如图2-9d所示。

3）直线切线切入/切出方式只能用于两直线交点处，如图2-9b、c所示。其中图2-9b的编程轨迹为直线延伸，分两段移动；图2-9c为折线延伸，分两段移动。

4）对于无两直线交点的图形，可以采用直线与圆弧组合式切线切入/切出方式，如图2-9e、f所示。

5）刀具半径补偿的启动/取消段的长度应大于1倍刀具直径，一般可取2倍直径。(www.daowen.com)

（2）垂直方向下刀与提刀方式下刀指立铣刀的端面进入工件材料的方式，相对应有提刀方式。下刀方式有直接下刀、斜坡下刀和螺旋下刀；提刀方式较为简单，一般为直接提刀。图2-10所示为几种下刀方式图解。其中图2-10a为往复斜坡下刀粗铣挖槽，挖槽部分采用了等距环绕轨迹，最后直接提刀；轮廓精铣为直接下刀与提刀，必要时可以考虑刀具半径补偿指令的应用。图2-10b为单向螺旋下刀粗铣，挖槽部分采用的是双向平行铣削刀具轨迹，其余与图2-10a相同。

说明：

1）直接下刀以端铣切削为主，要求刀具端面切削刃一直延伸至刀具中心（如键槽铣刀等）。当工件上钻有预孔或下刀处无切削材料时，直接下刀对刀具端面切削刃无要求。

2）斜坡下刀与螺旋下刀以圆柱面的切削刃周铣为主，对刀具端面切削刃无延伸至中心要求，普通的立式铣刀等也可以加工。

图2-10 下刀/提刀方式

a）往复斜坡下刀 b）螺旋下刀

3）提刀方式一般直接提起即可。

4）下刀前的快速移动转进给切削的转折点一般取在工件上表面1～3mm以上的位置。

5）斜坡/螺旋下刀可以是单向或往复移动。图2-11列举部分典型下刀应用案例供参考。

图2-11 典型下刀举例

图2-11a为单向螺旋下刀、圆弧切线切入，搭接5mm、圆弧切线切出，直接提刀的示例。图中，起刀点为S，退刀点为E。下刀时刀具从S点出发，快速下刀至材料上表面，转为进给下刀，再转入螺旋下刀逐渐切入轮廓表面。图中的下刀扫掠角为180°，适合于下刀深度不大的场合。这种下刀方式对刀具端面切削性能没有特殊要求，应用范围较广。

图2-11b为斜坡下刀，包括螺旋往复、斜坡往复和斜坡环绕下刀。图中，S_i和E_i（i=1，2，3，4）分别为第i道加工轨迹的起始点和结束点；矩形槽采取沿轮廓斜坡环绕下刀，至槽底后水平铣削一圈，然后直接提刀（S₁→E₁），中间直槽采用斜坡往复下刀，至槽底后水平铣削一刀，然后直接提刀（S₂→E₂），两个圆弧采用往复螺旋下刀，至槽底后水平铣削一刀，然后直接提刀（S₃→E₃和S₄→E₄）。

图2-11c所示为某槽形凸轮的铣削方案，图中a-b段圆弧四次螺旋下刀，最后一刀在b点到达深度，然后按无深度变化的方式切一圈，完成槽的加工。

6）下刀问题主要出现在内轮廓加工时刀具进入工件的方式，外轮廓加工尽量从工件外切入/切出。

（3）粗铣与精铣的处理实际加工一般均涉及粗铣与精铣的问题。

对于外轮廓，可按图2-12处理。对于工件厚度不大且加工余量较大时，可采取“水平分层粗铣+精铣”的铣削方案，如图2-12a所示。对于工件加工余量不大，且工件较厚时，可采取“纵向分层粗铣+精铣”的铣削方案，如图2-12b所示。切削深度超出底面h。为控制轮廓加工精度，可在精铣程序中应用刀具半径补偿指令。

图2-12 多刀切削方式

a）水平分层粗铣+精铣 b）纵向分层粗铣+精铣

图2-12a为水平面内分三刀粗铣，直接进刀，每刀行距为L（即粗铣加工余量，一般不超过刀具直径的75%），精铣程序采用刀具半径补偿指令，以精确控制尺寸，精铣加工余量L′（一般取0.5～1.0mm），刀具深度方向必须超出工件底面h（一般取2～5mm）。图2-12b所示为纵向分三刀粗铣，并留精铣余量L′，精铣同样采用刀具半径补偿一刀完成加工，粗铣最后一刀和精铣深度超出工件底面h。这里假设为纯二维加工，故刀具垂直方向均为直接下刀和提刀。

对于内轮廓，相当于挖槽加工，其常见的刀具轨迹有：单向或双向平行铣削（见图2-10b）、等距环绕（见图2-10a）、平行环绕等。若轮廓形状复杂，则挖槽编程时的计算工作量较大，这时一般采取计算机辅助编程，具体可参见第4章的内容。

3.三维曲面铣削加工

三维铣削加工编程通常均是借助于计算机辅助编程，具体参见第4章相关内容的介绍。

球头立铣刀广泛应用于三维曲面的精铣加工，但有两个问题应该引起注意。首先，球头铣刀加工时球头部分切削刃各点的切削速度不相等，中心部位的切削速度接近于零，因此该点的切削效率较低，工件表面挤压变形严重，影响加工表面质量，如图2-13所示。这个问题在三轴数控铣削加工中不能完全避免，除非采用五轴数控铣削加工。

其次，在切削行距f和球头半径R相同的条件下，走刀路径影响残留面积高度。以图2-14为例，图2-14b的残留面积高度始终大于图2-14a，图中假设铣削平面和铣削斜面时的残留面积高度分别为h和h₁，其计算分析如下：

铣削平面时：