數(shù)控加工丨如何選擇合適的走刀方式

發(fā)布時(shí)間：2021-07-16 11:36:31 作者：顯揚(yáng)科技

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數(shù)控加工設(shè)備和其配套的CAM 系統(tǒng),，在機(jī)械生產(chǎn)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展,。CAM 系統(tǒng)生成的加工刀具軌跡(也叫走刀方式)是控制設(shè)備加工運(yùn)作的核心,，它直接影響加工工件的精度、表面粗糙度,、總體加工時(shí)間和機(jī)床刀具的使用壽命等多個(gè)方面，最終決定生產(chǎn)效率,。

  這里,，作者根據(jù)走刀方式的不同特點(diǎn)，以及對(duì)影響其選擇的部分因素的分析,，并且針對(duì)銑削過程中工藝方法及走刀方式的比較,，為如何選擇合適的走刀方式提供了參考依據(jù),。

一、走刀方式

  1,、走刀方式的基本概念

  數(shù)控加工中,，走刀方式是指刀具完成工件切削時(shí)的軌跡規(guī)劃方式。在對(duì)同一個(gè)零件加工的過程中,，多種走刀方式都可以達(dá)到零件的尺寸及精度要求,，但是加工效率卻不相同。

  2,、走刀方式的分類

  走刀方式可化分為四類：?jiǎn)蜗蜃叩?、往?fù)走刀、環(huán)切走刀和復(fù)合走刀,。復(fù)合走刀是前三種的混合走刀,。采用單向或往復(fù)走刀，從加工策略來說都是行切走刀,。因此根據(jù)加工策略的不同,，走刀方式又可分為行切、環(huán)切和其他特殊方式,。通常使用的是行切和環(huán)切,。

  行切方式加工，有利于發(fā)揮機(jī)床的最大進(jìn)給速度,，同時(shí)其切削表面質(zhì)量也好于環(huán)切加工,。然而，當(dāng)復(fù)雜的平面型腔帶有多個(gè)凸臺(tái)從而形成多個(gè)內(nèi)輪廓時(shí),，常常會(huì)產(chǎn)生附加的抬刀動(dòng)作,，即在刀具軌跡某處，或者為避免刀具與凸臺(tái)發(fā)生干涉,，或者為使刀具回至剩余未加工區(qū)域,，就要讓刀具抬起，使之距加工平面有一定高度,，再平移至另外一刀具軌跡起始處,，然后繼續(xù)切削動(dòng)作。

  行切加工刀具軌跡主要由一系列與某一固定方向平行的直線段組成,，計(jì)算比較簡(jiǎn)單,。適用于簡(jiǎn)單型腔精加工或去除大余量的粗加工。

  環(huán)切加工中刀具沿著邊界輪廓相似的路徑走刀,，由一組封閉曲線組成,，能保證刀具切削零件時(shí)保持相同的切削狀態(tài)。由于環(huán)切加工是通過連續(xù)偏置構(gòu)造當(dāng)前環(huán)形軌跡圖來計(jì)算下一條環(huán)形軌跡，計(jì)算復(fù)雜且耗時(shí),。適用于復(fù)雜型腔及曲面的加工,。

二、影響走刀方式的因素

  1,、工件自身的形狀及幾何要素：工件自身的形狀及幾何要素包括加工域的幾何形狀,、島嶼的大小和位置等方面。這是工件本身固有的特性,，是屬于不可變化的因素,，但卻是決定走刀方式的根本因素。

  2,、工藝路線：工藝路線是實(shí)現(xiàn)加工目的的直接過程,，是走刀方式選擇的直接依據(jù)。工藝路線決定了加工域的先后順序,，島嶼的合并及拆分,，粗加工、半精加工,、精加工的劃分等,。實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的工藝路線有多種，這就決定了走刀方式的不同選擇,。

  3,、工件材料：工件材料也是決定走刀方式的因素之一，工件材料是直接的加工對(duì)象,，并不直接影響走刀方式,，但會(huì)對(duì)刀具材料、大小,、加工方式等選用產(chǎn)生影響,，從而間接影響走刀方式。工件毛坯的形狀和大小等會(huì)造成工件各部分的加工余量分配是否均勻,，同時(shí)對(duì)可選毛坯的工件,，利用毛坯大小、形狀的不同,，會(huì)改變裝夾方式,、加工域的重新分配等影響加工策略，導(dǎo)致采取不同的走刀方式,。

  4、工件的裝夾及緊固方式：工件的裝夾及緊固方式也間接影響走刀方式,，如壓板產(chǎn)生的新“島嶼”的影響,，緊固力對(duì)切削用量影響而導(dǎo)致走刀方式的改變，振動(dòng)對(duì)走刀方式影響。

  5,、刀具的選用：刀具的選用包括刀具材料,、刀具形狀、刀具長(zhǎng)度,、刀具齒數(shù)等,，這些參數(shù)決定了刀具與工件接觸的面積大小和頻率，因而決定了單位時(shí)間里切削材料的體積大小和機(jī)床負(fù)荷,，其耐磨程度與刀具壽命則決定了切削時(shí)間的長(zhǎng)短,。而其中對(duì)走刀方式產(chǎn)生直接影響的是刀具大小(即直徑)。由于選取不同直徑的刀具,，會(huì)影響殘留區(qū)域的大小,，造成加工軌跡的變化，導(dǎo)致走刀方式的不同,。

  6,、加工域選擇：在銑削過程中，當(dāng)復(fù)雜的平面型腔帶有多個(gè)凸臺(tái)從而形成多個(gè)內(nèi)輪廓時(shí),，對(duì)于行切常常會(huì)產(chǎn)生附加的抬刀動(dòng)作,；對(duì)于環(huán)切則會(huì)使加工軌跡加長(zhǎng)。這種附加抬刀動(dòng)作或加工軌跡加長(zhǎng),，則會(huì)嚴(yán)重降低切削加工的效率,。因此，如何最大限度地減少這種狀況的次數(shù)就是我們所關(guān)注的一個(gè)主要問題,。

把整個(gè)切削區(qū)域按加工需要分成若干子區(qū)域,，分別加工各子區(qū)域，抬刀發(fā)生在各子區(qū)域之間,，同時(shí)根據(jù)走刀方式對(duì)這些加工子區(qū)域合并或分割,，甚至于忽略。這種不同的加工域選擇,，既減少了抬刀次數(shù)又不會(huì)使加工軌跡的相對(duì)變長(zhǎng),，同時(shí)可以對(duì)新區(qū)域采用較為合理的走刀方式，提升加工效率,。

三,、走刀方式的合理選擇

  1、基本選擇原則

  選擇走刀方式時(shí)要考慮兩點(diǎn)：一是加工時(shí)間的長(zhǎng)短,，二是加工余量是否均勻,。一般來說，環(huán)切方式是基于工件形狀的走刀方式,，加工余量較均勻,。而選用行切方式的加工余量較不均勻,，若希望行切加工后留下較均勻的余量，通常需要增加圍繞邊界的環(huán)切刀軌,。若忽略余量不均勻性要求,，行切走刀的刀軌長(zhǎng)度通常是比較短的；若考慮余量的不均勻性而增加環(huán)切刀軌,，當(dāng)加工區(qū)域邊界較長(zhǎng)(如多島嶼情況),，則圍繞邊界的環(huán)切刀軌對(duì)總的加工時(shí)間影響比較明顯，行切刀軌一般會(huì)比環(huán)切刀軌長(zhǎng),。行切走刀刀位容易計(jì)算,，占用內(nèi)存少，但抬刀次數(shù)較多,。采用環(huán)形刀軌時(shí),，則需要多次對(duì)環(huán)邊界進(jìn)行偏置并清除自交環(huán)。

  2,、根據(jù)外形特征選擇

  工件外形特征決定了加工的走刀方式,。根據(jù)加工個(gè)體的不同，可將工件簡(jiǎn)單的分成平面形腔類和自由曲面類,。平面形腔類一般采用行切方式加工,，由于該類工件多為毛坯整體掏銑加工成型，如盒體,、基座等零件,，加工余量較大，采用行切方式有利于發(fā)揮機(jī)床的最大進(jìn)給速度,，提高加工效率,，同時(shí)其切削表面質(zhì)量也好于環(huán)切加工。

  自由曲面類一般采用環(huán)切加工,，主要是由于曲面多為鑄件或由規(guī)則形狀加工成型,，余量分布不均勻，同時(shí)曲面對(duì)型面精度要求較高,；其次是環(huán)切加工與行切方式相比具有良好的曲面加工特性,，更能逼近曲面的真實(shí)形狀。

  3,、根據(jù)加工策略選擇

  零件的加工常分為粗加工,、半精加工、精加工三個(gè)加工階段,，有時(shí)還有光整加工階段,，合理劃分加工階段是保證加工精度所必須的。傳統(tǒng)加工方式因機(jī)床功能相對(duì)單一,，所以工藝路線中可較明顯地看出各個(gè)階段的界線,，但數(shù)控銑削加工方式下這個(gè)界線相對(duì)模糊,，而且可能會(huì)有揉合的情況(如粗加工階段有精加工的內(nèi)容，精加工階段也可能有粗加工的痕跡),，從保證加工質(zhì)量考慮，數(shù)控加工時(shí)加工階段的劃分也是需要的,，但為了減少裝夾時(shí)間和簡(jiǎn)化走刀動(dòng)作等,，如何確定各階段的加工內(nèi)容，考慮的問題可能與傳統(tǒng)加工工藝有些不同,。

  粗加工的主要目標(biāo)是追求單位時(shí)間內(nèi)的材料去除率,，并為半精加工準(zhǔn)備工件的幾何輪廓。故多采用行切方式或復(fù)合方式進(jìn)行層切,。半精加工的主要目標(biāo)是使工件輪廓形狀平整,，表面精加工余量均勻。故多采用環(huán)切方式,。精加工的主要目標(biāo)是獲得幾何尺寸,、形狀精度及表面質(zhì)量符合要求的工件。應(yīng)根據(jù)工件的幾何特征對(duì)內(nèi)部采用行切方式,，對(duì)邊緣及接合處采用環(huán)切方式,。

  4、根據(jù)編程策略選擇

  編程時(shí),，確定走刀方式的原則主要有：應(yīng)能保證零件的加工精度和表面粗糙度的要求;應(yīng)盡量縮短加工路線,，減少刀具空程移動(dòng)時(shí)間；應(yīng)使數(shù)值計(jì)算簡(jiǎn)單,，程序段數(shù)量少,，以減少編程工作量。一般而言,，對(duì)于平面形腔類采用行切方式劃分加工域,，以減少抬刀次數(shù)；自由曲面類環(huán)切方式逼近形狀,。毛坯形狀的選用大小會(huì)影響編程的選擇,，可通過加大毛坯外形，將不易裝夾的外形加工轉(zhuǎn)化為易裝夾的行切方式形腔加工,；或?qū)⒂铆h(huán)切加工的自由曲面改用行切方式去大余量,，以提高加工效率。

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