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        高速加工數(shù)控編程的研究

        2010-08-14 04:41:56安明浩張月芹
        電大理工 2010年2期

        安明浩 張月芹

        加野麥克斯儀器(沈陽)有限公司 沈陽航空工業(yè)學(xué)院( 沈陽 110000 )

        高速銑削一般采用高的銑削速度,適當?shù)倪M給量,小的徑向和軸向銑削深度。銑削時,大量的銑削熱被切屑帶走,因此,工件的表面溫度較低。隨著銑削速度的提高,銑削力略有下降,表面質(zhì)量提高,加工生產(chǎn)率隨之增加。但是隨著主軸轉(zhuǎn)速的提高,機床的結(jié)構(gòu)、刀具結(jié)構(gòu)、刀具裝夾和機床特性都有本質(zhì)上的改變。

        正是由于高速切削的特殊性和控制的復(fù)雜性,在高速切削條件下,傳統(tǒng)的NC程序已不能適應(yīng)要求。因此,必須認真考慮加工過程中的每一個細節(jié),深入研究高速切削狀態(tài)下的數(shù)控編程。

        1 高速切削對數(shù)控編程的具體要求

        高速切削中的NC編程并不僅僅局限于切削速度、切削深度和進給量的不同。NC編程人員必須改變?nèi)考庸げ呗?,以?chuàng)建有效、精確、安全的刀具路徑,從而得到預(yù)期的表面精度。高速切削對數(shù)控編程的具體要求如下。

        (1)保持恒定的切削載荷

        隨著高速加工的進行,保持恒定的切削載荷非常重要。而保持恒定的切削載荷則必須注意以下幾個方面:

        ①保持金屬去除量的恒定。因此在高速切削過程中,分層切削要優(yōu)于仿形加工。

        ②刀具要平滑地切入工件。在高速切削過程中,讓刀具沿一定坡度或螺旋線方向切入工件要優(yōu)于讓刀具直接沿Z向直接插入。

        ③保證刀具軌跡的平滑過渡。刀具軌跡的平滑是保證切削負載恒定的重要條件。螺旋曲線走刀是高速切削加工中一種較為有效的走刀方式。

        ④在尖角處要有平滑的走刀軌跡。

        (2)保證工件的高精度

        為了保證工件的高精度,最重要的一點就是盡量減少刀具的切入次數(shù)。

        (3)保證工件的優(yōu)質(zhì)表面

        在高速切削過程中,過小的步進(進給量)會影響實際的進給速率,其往往會造成切削力的不穩(wěn)定,產(chǎn)生切削振動。從而影響工件表面的完整性。在高速切削條件下,采用較大的進給量,則會產(chǎn)生較好的表面加工質(zhì)量。

        2 粗加工數(shù)控編程策略

        粗加工在高速加工中所占的比例要比在傳統(tǒng)加工中的多。在高速加工中,粗加工的作用就是要比傳統(tǒng)加工為半精加工、精加工留有更均衡的余量。粗加工的結(jié)果直接決定了精加工過程的難易和工件的加工質(zhì)量。因此,在高速粗加工過程中,要著重考慮以下幾個方面:

        (1)恒定的切削條件

        為保持恒定的切削條件,一般主要采用順銑切削方式進行粗加工。在高速切削過程中采用順銑切削方式,可以產(chǎn)生較少的切削熱,降低刀具的負載,降低甚至消除工件的加工硬化,以獲得較好的表面質(zhì)量等。

        (2)恒定的金屬去除率

        在高速切削的粗加工過程中,保持恒定的金屬去除率,可以獲得以下的加工效果:①保持恒定的切削負載;②保持切屑尺寸的恒定;③較好的熱轉(zhuǎn)移;④刀具和工件均保持在較冷的狀態(tài);⑤沒有必要去多次操作進給量和主軸轉(zhuǎn)速;⑥延長刀具的壽命;⑦較好的加工質(zhì)量等。

        (3)走刀方式的選擇

        對于帶有敞口型腔的區(qū)域,盡量從材料的外面走刀,以實時分析材料的切削狀況。而對于沒有型腔的封閉區(qū)域,采用螺旋進刀,在局部區(qū)域切入。

        (4)盡量減少刀具的切入次數(shù)

        由于之字形模式主要應(yīng)用于傳統(tǒng)加工,因此在高速加工中多選擇回路或單一路徑切削。這是因為在換向時NC機床必須立即停止(緊急降速)然后再執(zhí)行下一步操作。由于機床的加速局限性,而容易造成時間的浪費。因此,選擇單一路徑切削模式來進行順銑,盡可能地不中斷切削過程和刀具路徑,盡量減少刀具的切入切出次數(shù),以獲得相對穩(wěn)定的切削過程。

        (5)盡量減少刀具的急速換向

        由于進給量和切削速度非常高,除了降低步距和切削深度以外,還要避免可能的加工方向的急劇改變。急速換向的地方要減慢速度,急?;蚣眲觿t會破壞表面精度,且有可能因為過切而產(chǎn)生拉刀或在外拐角處咬邊。通常,切削過程越簡單越好。這是因為簡單的切削過程可以允許最大的進給量,而不必因為方向的急劇改變而降低速度。從一種切削層等變率地降到另一層要好于直接躍遷,采用類似于圈狀的路線,如圖1所示,將每一條連續(xù)的刀具路徑連接起來,可以盡可能地減小加速度的加減速突變。

        (6)在Z方向切削連續(xù)的平面

        粗加工所采用的方法,通常是在“Z”方向切削連續(xù)的平面。這種切削遵循了高速加工理論,采用了比常規(guī)切削更小的步距,從而降低每齒切削去除量。當采用這種粗加工方式時,根據(jù)所使用刀具的正常的圓角幾何形狀,利用CAM軟件計算它的Z水平路徑是很重要的。如果使用一把非平頭刀具進行粗加工,則需要考慮加工余量的三維偏差。根據(jù)精加工余量的不同,三維偏差和二維偏差也不相同。圖2所示為Z方向切削連續(xù)平面示意圖。

        圖1 走刀軌跡示意圖

        圖2 在Z方向切削連續(xù)的平面示意圖

        3 精加工數(shù)控編程

        在高速切削的精加工過程中,保證精加工余量的恒定至關(guān)重要。為保證精加工余量的恒定,主要注意以下幾個方面:

        (1)筆式加工(清根)

        筆式銑削的這種功能,在期望保持切屑去除率為常量的高速加工中是非常重要的。缺少了筆式切削,當精加工這些帶有側(cè)壁和腹板的部件時,刀具走到拐角處將會產(chǎn)生較大的金屬去除率。采用筆式切削,拐角處的切削難度被降低,降低了讓刀量和噪音的產(chǎn)生。該方法即可用于順銑又可用于逆銑。由于筆式銑削能夠清除拐角處的多余量,當去除量較大的時候,通常在精加工之前進行筆式銑削。

        (2)余量加工(清根)

        余量銑削類似于筆式銑削,但是其又可以應(yīng)用于精加工操作。其采用的加工思想與筆式銑削相同,余量銑削能夠發(fā)現(xiàn)并非同一把刀具加工出的三維工件所有的區(qū)域,并能采用一把較小的刀具加工所有的這些區(qū)域。余量銑削與筆式銑削的不同之處在于,余量銑削加工的是大尺寸銑刀加工之后的整個區(qū)域,而筆式銑削僅僅針對拐角處的加工。

        (3)控制殘余高度

        在切削3D外形的時候,計算NC精加工步長的方法主要是根據(jù)殘余高度,而不是使用等量步長。這種計算步長的算法以不同的形式被封裝在不同的CAM軟件包中。在HSM中采用對自定義的殘余高度進行編程??梢愿鶕?jù)NC精加工路徑動態(tài)地改變加工步長,以幫助保持切屑去除率在一個常量水平。這有助于切削力保持恒定,從而將不期望的切削振動控制在最小值。

        (4)其它精加工編程策略

        ①在高速銑削過程中,最好采用f(每刃進給量)=P(跨步)的銑削方式。

        ②退刀時采用進給速速率。

        ③應(yīng)用邊界識別功能。

        ④保證加工軌跡的一致性能夠獲得優(yōu)質(zhì)的加工表面。不配合的加工軌跡則使型面產(chǎn)生偏差,而保證加工軌跡的一致性時,型面的質(zhì)量較高。

        4 結(jié)束語

        高速切削加工是機械制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢,加快其推廣應(yīng)用,將會創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益。高速加工具有很多優(yōu)點,但高速加工并不是簡單地使用現(xiàn)有刀具路徑,通過提高主軸轉(zhuǎn)速和進給率就能實現(xiàn)的。如果使用了不適當?shù)募庸げ呗?,輕則會導(dǎo)致刀具壽命的降低,重則可能導(dǎo)致更加可怕的結(jié)果。文章通過以上的論述,說明了采用合理的加工策略,可以實現(xiàn)高速加工的編程。

        [1]艾興.高速切削加工技術(shù).北京:國防工業(yè)出版社,2004.

        [2]艾興.高速切削加工材料的進展和未來.制造技術(shù)和機床,2001.

        [3]張伯霖.高速切削技術(shù)及應(yīng)用.北京:機械工業(yè)出版社,2003.

        [4]楊偉群.數(shù)控工藝培訓(xùn)教程.北京:機械工業(yè)出版社,2006.

        [5]何平.數(shù)控加工中心操作與編程實訓(xùn)教程.北京:國防工業(yè)出版社,2006.

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