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1、高速铣削削与数控控编程技技术高速铣削削一般采采用高的的铣削速度度,适当当的进给给量, 小的径径向和轴轴向铣削削深度。一一般情况况下,高高速铣削削的 铣铣削速度度要比常常规速度度高出55 10 倍,其其材料去去除率是是常规铣铣削的33 55 倍以以上。铣铣削时,大量的的铣削热热被 切切屑带走走,因此此工件的的表面温温度较低低2 。随随着铣削削速 度度的提高高,铣削削力略有有下降,表面质质量提高高,加工工生产率率随之提提高。但但在高速速加工范范围内,随铣削削速度的的提 高高会加剧剧刀具的的磨损,如图11 所示示。 1 高速速切削对对数控编编程的具具体要求求 高速速切削有有着比传传统切削削特殊的的工
2、艺要要求,除除了高速速切削机机床和高高速切削削刀具,具有合合适的CCAM 编程 软件也也是至关关重要的的。一个个优秀的的高速加加工CAAM 编编 程系系统应具具有很高高的计算算速度、较较强的插插补功能能、全程程自动过过切检查查及处理理能力、自自动刀柄柄与夹具具干涉检检查、 进给率率优化处处理功能能、刀具具轨迹编编辑优化化功能、加加工残 余分析析功能等等。国内内外比较较成熟适适用于高高速加工工编程 的软件件有西门门子公司司的UnnigrraphhicssNX、英英国DeelCAAM 公公司的PPoweerMiill、以以色列的的Cimmatrron 软件。其其中英国国 DeelCAAM 公公司的
3、PPoweerMiill 在3DD 加工工中优势势较为突突出。 高速切切削中的的NC 代码并并不仅仅仅局限于于切削速速度、切切削深度度和进给给量的不不同数值值。NCC 编程程人员必必须 改改变他们们的全部部加工策策略,以以创建有有效、精精确、安安全的刀刀具路径径,从而而得到预预期的表表面精度度2 。数数控编程程时首先先要注意意加工方方法的安安全性和和有效性性;其次次要尽一一 切可可能保证证刀具轨轨迹光滑滑平稳,这会直直接影响响加工质质量和机机床主轴轴等零件件的寿命命;最后后要尽量量使刀具具载荷均均匀,这这会直接接影响刀刀具的寿寿命。高高速切削削对数控控编程的的具体要要求如下下。 11. 11保
4、持恒恒定的切切削载荷荷 高速速铣削过过程中保保持恒定定的切削削载荷非非常重要要, 这这会直接接影响工工件的加加工质量量和机床床主轴以以及刀具具等 零零件的寿寿命。 1. 1. 1保持持金属的的去除量量恒定 在加工工中恒定定的金属属去除量量可以获获得较好好的加工工质量,由于切切削载荷荷均匀,从而可可以延长长刀具和和机床的的 使用用寿命。 为保持持恒定的的切削条条件,主主要采用用顺铣方方式进行行粗加工工。在高高速切削削过程中中采用顺顺铣铣削削方式,可以产产生较少少的切削削热,降降低刀具具的负载载,降低低甚至消消除了工工件的加加工硬化化,以及及获得较较好的表表面质量量等。 在工件件余量不不均匀的的情
5、况下下,通常常采用等等高加工工策略来来保证恒恒定的金金属去除除量。粗粗加工采采用的方方法通 常是在在Z 方方向切削削连续的的平面,又叫等等高加工工策略。 这种切切削遵循循了高速速加工的的理论,采用了了比常规规切削更更小的切切深,从从而减小小每齿切切削去除除量。图图2 为为Z 方方 向切切削连续续平面示示意图。通通常这种种加工方方式采用用斜向或或者螺旋旋切入,可以获获得较平平稳的切切削路径径。 在高速切切削的粗粗加工过过程中,保持恒恒定的金金属去 除率,可以获获得以下下的加工工效果:(1)保持恒恒定的切切削负载载;(22)保持持切削量量的恒定定;(33)较好好的热转转移;(4) 刀具和和工件均均
6、保持在在较冷的的状态;(5)延长刀刀具寿命命; (6)获获得较好好的加工工质量等等1 。 1. 1. 2刀具具要平滑滑地切入入工件 如图33 所示示,在高高速切削削过程中中,让刀刀具斜向向或者沿沿螺旋线线方向切切入工件件要优于于让刀具具沿Z 向直接接切入,这样可可以保护护刀具和和机床,而且可可以获得得较好的的加工质质量。 1. 11. 33保证刀刀具轨迹迹的平滑滑过渡 刀具轨轨迹的平平滑是保保证切削削负载恒恒定的重重要条件件。如图图4 所所示,螺螺旋曲线线走刀是是高速切切削加工工中一种种较为有有效的走走刀方式式。 在NC 编程中中应尽量量避免刀刀具路径径轨迹出出现尖角角,让轨轨迹尽可可能的光光
7、顺,这这样可以以提高工工件表面面加工质质量,从从而降低低模具数数控加工工后的后后续研磨磨强度。如如图5 中c 图所示示的刀具具轨迹最最好。 1. 11. 44尽量减减少刀具具的急速速换向 由于进进给量和和切削速速度非常常高,编编程人员员必须预预测刀具具是如何何切削材材料的。除除了减小小步距和和切削深深度 以以外,还还要避免免可能的的加工方方向的急急剧改变变。急速速换向的的地方要要减慢速速度,急急停或者者急动会会破坏表表面精度度, 而而且有可可能因为为过切而而产生拉拉刀或者者在外拐拐角处咬咬 边2。 通常,切削过过程越简简单越好好。这是是因为简简单的切切 削过过程可以以允许最最大的进进给量,而不
8、必必因为数数据点的的 密集集或者方方向的急急剧改变变而降低低速度。从从一切削削层等 变率地地降到另另一层要要好于直直接跃迁迁,采用用类似于于圈状 的路线线将每一一条连续续的刀具具路径连连接起来来,可以以减小加加速度的的突变6 。实际际的高速速数控编编程中,常常用用圆 弧弧连接来来过渡切切削移动动以缓解解这种急急速换向向的现象象。 11. 22保证工工件的高高精度 1. 2. 1减少少刀具的的切入次次数 为为了保证证工件的的高精度度,最重重要的一一点就是是尽量减减少刀具具的切入入和切出出次数。 在高速速数控编编程中常常常选择择回路或或者单向向路径切切削。这这是因为为在换向向时,NNC 机机床必须
9、须立即停停止(紧紧急 降降速)然然后再执执行下一一步操作作。由于于机床的的加速局局限性,容易造造成时间间的浪费费。因此此,许多多人选择择单向的的路径切切削模式式来进行行顺铣,尽可能能地不中中断切削削过程和和刀具路路径,尽尽量减少少刀具的的切入次次数,以以获得相相对稳定定的切削削过程。图图6 显显示了减减少刀具具切入次次数的有有效方法法。 1. 22. 22精加工工刀具的的选择 高速精精加工不不同于粗粗加工与与半精加加工,高高速精加加工直接接决定了了所加工工工件的的加工质质量的好好坏,所所以精加加工选用用适当的的刀具也也非常重重要。在在同等条条件下,刀具越越长刚性性越差,加工时时让刀越越严重。所
10、所以精加加工应 尽量选选用较短短的刀具具,可以以减少让让刀现象象,保证证加工质质 量。但但是由于于3D 加工往往往形状状复杂,较深的的地方刀刀具会发发生碰撞撞,这时时就可以以采用摆摆角加工工,这样样就可以以保证使使用较短短的刀具具保证加加工时减减小让刀刀,从而而保证加加工质量量。同样样,精加加工清角角也可以以采用这这种方法法进行加加工。 1. 3保证证工件的的表面加加工质量量 在通通常情况况下,除除了单纯纯地通过过控制程程序的步步距、公公差和点点分布等等参数来来提高工工件的表表面质量量以外,还可以以通过以以下方法法来保证证工件的的加工表表面质量量。 11. 33. 11分特征征精加工工 在精精
11、加工过过程中,尤其在在3D 特征的的加工过过程中, 要注注意一些些复杂的的细节或或者拐角角处切削削形貌的的产生, 而不不是仅仅仅设法采采用平行行、“之之冶字形形切削、单单向切削削或其他他的普通通切削等等方式来来生成所所有的形形貌。由由于加工工区域形形状复杂杂不能单单纯地用用一种加加工策略略进行编编程时,便需要要针对不不同的特特征单独独考虑进进行编程程,比较较平缓的的区域可可以采用用平行线线精加工工,比较较陡峭的的区域就就 需要要单独考考虑处理理分区加加工(如如图7),这样样的加工工策略可可以弥补补单一加加工策略略的局限限性,从从而提高高工件的的表面加加工质量量。 分特征精精加工是是比较复复杂的
12、过过程,要要求编程程员在对对各种加加工策略略都非常常了解的的基础上上,对工工件进行行详 细细分析,针对不不同特征征的区域域采用不不同的加加工策略略。 分分区域的的恰当与与否直接接影响了了工件的的表面加加工质量量, 所所以这也也需要经经验的积积累。 分区域域精加工工有一定定的原则则:(11)精加加工不是是分区越越多越好好,在允允许的情情况下,能不分分区精加加工就不不要分,因为加加工分区区越多产产生的加加工对刀刀误差就就越多,加工质质量就越越不容易易保证;(2)精加工工刀路越越简单越越好, 精加工工应尽量量减少刀刀路的连连接时间间,提高高加工效效率; (3)刀路中中应尽量量避免尖尖角的出出现,因因
13、为刀路路中存在在 尖角角会影响响整个工工件表面面的质量量,会增增加数控控加工后后的后续续研磨时时间;(4)陡陡壁面精精加工时时刀路应应自上而而 下,这样可可以避免免加工过过程中“拉拉刀冶现现象的出出现。 1. 3. 2采用用较大的的进给量量 在高高速切削削过程中中,过小小的步进进(进给给量)会会影响实实际的进进给速率率,其往往往会造造成切削削力的不不稳定,产生切切削振动动,从而而影响工工件表面面的完整整性。如如图8 所示, 即为为采用不不同步进进对工件件加工表表面质量量的影响响示意 图。可可以看出出,在高高速切削削条件下下,采用用较大的的进给 量,会会产生较较好的表表面加工工质量2 。 1.
14、33. 33精加工工前清角角 在高高速切削削的精加加工过程程中,保保证精加加工余量量的恒定定至关重重要。为为保证精精加工余余量恒定定,通常常在精加加 工之之前要用用比精加加工使用用的刀具具小的刀刀具进行行清角。 笔式清清角采用用的策略略为,首首先找到到先前大大尺寸刀刀具加工工后有残残留的拐拐角和凹凹槽区域域,然后后自动沿沿着这些些拐角走走刀。其其允许用用户采用用越来越越小的刀刀具,直直到刀具具的半径径与三维维拐角或或凹槽的的半径相相一致,如图99 所示示。 精加工前前清角,在期望望保持切切屑去除除率为常常量的高高速加工工中是非非常重要要的。精精加工前前缺少了了清角,当 精精加工这这些带有有侧壁
15、和和腹板的的部件时时,刀具具走到拐拐角 处处将产生生较大的的金属去去除率,难以获获得较好好的表面面加 工工质量。清清角后,拐角处处的切削削难度降降低,减减少了让让刀量和和噪声的的产生。 所以33D 精精加工之之前对工工件进行行行笔式式清根可可以有效效地减小小让刀量量,使切切削过程程更稳定定,减小小噪声,从 而而获得较较好的加加工质量量。 11. 33. 44采用ff =PP 工艺艺来达到到高速高高精度工工件表面面 在高高速铣削削过程中中,最好好采用ff = P 的的铣削方方式 ( 如图图10所所示)。这这样加工工出来的的表面粗粗糙度比比较均匀匀,可以以获得较较好的表表面加工工质量2 。 1. 33. 55退刀时时采用进进给速率率 在高高速数控控精加工工中采用用进给速速率退刀刀可以减减小切削削载荷的的瞬间变变化,使使切削过过程更平平稳,从从而获得得较 好好的表面面加工质质量。 2 结结语 高高速铣削削技术以以其卓越越的加工工优点被被运用于于各行各各业。高高速切削削的发展展源于市市场日益益激烈的的竞争,对 时时间和成成本效率率的要求求越来越越高,这这便要求求数控NNC 编编程不断断地优化化加工策策略,充充分发挥挥高速铣铣削的优优点。