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【摘 要】在机械加工中,随着数控机床和加工中心等数控机械的大量使用,以及CAD/CAM软件技术的发展,使得加工的生产效率和加工精度大大提高,在实际应用中,合理的使用刀具和加工工艺才能发挥设备的最大效用
【关 键 词】刀具加工工艺CAD/CAM产品设计和制造应用
【Abstract】inmachining,CNCmachinetoolandmachiningcenter,CNCmachineryused,aswellasthedevelopmentofCAD/CAMsoftwaretechnology,makesthemachiningproductivityandaccuracygreatlyimproved,inpractice,reasonableuseoftoolingandmachiningprocesscanbringouttheequipmentbest
【Keywords】tooljoboperationCAD/CAMDesignandmachiningofproductsapplication
刀具选择与曲面加工工艺是数控加工工艺中的重要内容,它不仅影响加工效率,而且直接影响加工质量.随着CAD/CAM技术的发展,使得在数控加工中可以直接利用CAD的设计数据.现在,如Mastercam等CAD/CAM软件都提供自动编程功能,这些软件一般是在编程界面中提示工艺规划的有关问题,比如,刀具选择、加工路径规划、切削用量设定等,编程人员只要设置了有关的参数,就可以自动生成NC程序并传输至数控机床完成加工.因此,加工中心中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的,这与普通机床加工形成鲜明的对比,同时也要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则,在编程时充分考虑数控加工的特点.
1加工中心加工刀具的选择
刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的.应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄.选取刀具时,要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应.生产中,平面零件周边轮廓的加工,常采用立铣刀；铣削平面时,应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时,选高速钢立铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工,常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀.
在进行曲面加工时,由于球刀刀具的端部切削速度为零,因此,为保证加工精度,切削行距一般取得很密,故球头常用于曲面的精加工.而圆鼻刀刀具在表面加工质量相近而切削效率方面优于球头刀,因此,只要在保证不过切的前提下,无论是曲面的粗加工还是精加工,都应优先选择圆鼻刀.
2加工中心加工工艺确定
Mastercam是业界比较典型的CAD/CAM软件,合理选择切削用量的原则是,粗加工时,一般以提高生产率为主,但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时,应在保证加工质量的前提下,兼顾切削效率、经济性和加工成本.加工切削参数设定,由于实际加工条件,如材料、刀具、加工精度要求等的不同,加工切削参数的设定也千变万化.
2.1线性加工
2.1.1外形铣削（Contour）
外形加工是加工中经常使用的一种加工方式,一般选用平铣刀或圆鼻刀.在外形加工模具加工中粗加工时其平面进刀量可达刀具直径的75%；其深度进刀量不仅与刀具直径有关,还与使用机床性能和加工材料有关,下表是加工铸铁材料参数设定,如表l所示.
表1所列的深度进刀量只是一个大概范围,在实际加工时应根据实际加工条件适当变动,如加工铜、铝材料时,深度进刀量可取大一些；加工钢料,深度进刀量可取小一些.
外形加工一般适用于加工二维外形,也可铣削三维的外形轮廓,铣刀延定义好的外形曲线切除材料.二维外形由线、圆弧、聚合曲线组成,二维外形必须位于同一构图平面上,三维外形是由线、圆弧、聚合曲线以及NURBS曲线构成,线性加工,包括实体及曲面外形、以及线性挖槽、扩孔、斜面加工,加工时建议启用导引入/引出功能,并注意不能与工件装夹位置发生冲突.
2.1.2钻孔（holes）
钻孔加工也是加工中心经常使用的一种加工方式,一般使用钻头或键槽铣刀.以上为材料为铸铁钻孔的主轴速度以及进刀量取值范围,如加工铜铝等材料可按1.3-1.5倍加大取值.对于单件及小批产品的复杂钻孔而言,在加工中心利用钻孔可以减少制作工艺装备的时间,而且能可靠的保证加工精度和效率.
2.1.3挖槽加工（Pocket）
挖槽加工也是经常使用的一种加工方式,一般选用平铣刀或圆鼻刀,加工时建议启用螺旋下刀或斜线下刀功能,避免直接下刀（即踩刀）.螺旋下刀或斜线下刀高度一般设为每层切深的下刀量,避免过多空走刀,加工时建议每层都走一次精刀,挖槽加工的进刀量与外形加工进刀量基本一致.
挖槽加工一般适用于比较简单的型腔加工,加工范围是由直线、曲线、圆弧等线性图素构成的,加工路线受选取线性的方向及刀具的切削方向有关.挖槽加工按加工方式还可分为一般挖槽、边界加工、岛屿深度挖槽、残料清角、开放轮廓挖槽.
2.2曲面加工
曲面加工形式可分为曲面粗加工和曲面精加工
2.2.1曲面粗加工（Surface—Rough）
现代产品均追求曲面流线设计,因此曲面加工也是模具加工中频繁使用的一种加工方式,并且是模具加工中的关键环节.曲面粗加工一般选用圆鼻刀或平铣刀.其平面进刀量同外形加工、挖槽加工基本一致,常用加工公差为0.05～0.25,粗加工预留量一般为0.2～0.5,其转速、进给速度与所加工的材料和所使用的刀具大小有关.（见表2）（1）平行铣削：粗加工平行铣削是最常用的一种加工方法,其特点是刀具沿着指定的方向进行切削,生成的刀具路径相互平行.粗加工平行铣削一般用于加工单一的凸体或凹体.（①粗加工时一般设置较大的整体误差以便提高加工效率.②单向切削可以保证切削方向一致,有利于提高加工零件的表面质量和力学性能.双向切削可以减少加工耗时,从而提高加工效率）（2）挖槽粗加工：挖槽粗加工的特点就是加工时按距离、高度来将路径分层,即在同一个高度完成了所有的加工之后,再进行下一高度的加工.适合加工各种复杂的曲面物体.它是在实际中运用极为广泛的一种加工方式.（3）放射状加工：放射状加工是一种适合加工对称性曲面的加工形式,可以稳定地加工中心对称和近似中心对称类型的曲面,并产生放射状的加工路径.（4）等高外形式：等高外形加工就是将毛坯一层一层地切去,将一层外形铣至要求的形状后,再进行Z方向的进给加工下一层,直到最后加工完毕.毛坯外形与零件基本一致,加工余量分布均匀,宜采用此种加工方式,且加工效率较高.但此加工方法对毛坯的要求以及操作者的要求较高.（5）曲面流线加工：曲面流线加工的方法,其刀具路径将沿曲面的流线方向生成.（6）钻削式粗加工：钻削式粗加工就是刀具连续地在毛坯上采用类似钻孔的方式来去除材料.这种切削方式加工速度快,但对刀具和机床的要求也比较高.
曲面粗加工在参数设置当中必须考虑毛坯加工余量对加工的影响,实际加工过程中,毛坯的外形高度与实际要求相差会很大,应当考虑定义切削范围、切削深度、进刀方式的设置.例如模具粗加工,宜采用圆鼻刀,如果模块毛坯余量比理论加工尺寸高,又未设定切削深度,刀具首次加工量很大,可能造成栽刀,导致工件移动、刀具损坏或设备受损.因此要根据毛坯高度设定“切削深度”-“绝对深度”-“最高点”“最低点”,并采用螺旋下刀或斜插下刀的进刀方式进行设置.定义切削范围可以保证装夹的夹具和加工刀具不会产生干涉.
2.2.2曲面精加工（Surface—Finish）
曲面粗加工后,接下来需要进行曲面精加工,以便进一步提高其表面粗糙度.曲面精加工一般选用球刀.常用加工公差为0.005～0.025,进刀量为0.1～0.5,参数具体大小应根据工件材料、大小及工件要求精度来确定.工件小、精度要求高,则其公差、进刀量、进给率均应取小一些,反之亦然.
（1）平行铣削：平行铣削的加工流程和参数设置方法和粗加工平行铣削都是一样的,精加工平行铣削适合用于平面或坡度不大、较为平缓的曲面铣削加工.（2）等高外形式：等高外形精加工设置方式与粗加工基本相似,只是z向进给量相应更低.（3）曲面流线加工：曲面流线加工的方法,其刀具路径将沿曲面的流线方向生成.主要用于小尺寸刀具对精加工未加工曲面的补充加工.（4）放射状加工：放射状精加工和粗加工的设置基本一致,但是角度增量更小,加工表面粗糙度及精度更高.（5）交线清角加工：交线清角加工是用于清除曲面间交角外的残余材料的.它相当于在曲面间增加了一个倒圆面.（6）投影加工：投影加工指的是将已有的刀具路径或者几何图形投影到要加工的曲面上,以生成刀具路径来进行切削.
在一些复杂产品加工过程中,通常无法使用一种加工方式完成,如外形加工方式加工曲率大的曲面效果好,但是不适合加工水平曲面,而平行铣削则相反；而在一些复杂的如模具设计中,模具的型腔由多种曲面构成,因此在加工中要结合各种曲面加工方法进行加工,保证加工的产品符合生产要求.