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    数控加工 如何选择合适的走刀方式

    放大字体  缩小字体 发布日期:2022-08-31 23:33:56    来源:本站    作者:标准件之家    浏览次数:958
    导读

      数控加工设备和其配套的CAM 系统,在机械生产领域得到了广泛的应用和发展。CAM 系统生成的加工刀具轨迹(也叫走刀方式)是控制设备加工运作的核心,它直接影响加工工件的精度、表面粗糙度、总体加工时间和机床刀具的使用寿命等多个方面,最终决

    数控加工设备及其配套的CAM系统在机械生产领域得到了广泛的应用和发展。CAM系统生成的加工刀具轨迹(也称走刀方式)是控制设备加工操作的核心。它直接影响加工精度、表面粗糙度、整体加工时间和机床的使用寿命,并最终决定生产效率。在此,笔者根据进刀方式的不同特点,分析了影响其选择的一些因素,并对铣削加工中的工艺方法和进刀方式进行了比较,为如何选择合适的进刀方式提供了参考。

    一、刀道

    1、饲养模式的基本概念

    在数控加工中,刀具进给模式是指刀具完成切削工件时的路径规划模式。在加工同一零件的过程中,多种刀具进给方式都能满足零件的尺寸和精度要求,但加工效率不同。

    2.饲养方法的分类

    进给方式可分为单向进给、往复进给、环切进给和复合进给四大类。配合饲料是前三种类型的混合饲料。采用单向或往复进给,从加工策略上讲是线切割进给。因此,根据加工策略的不同,送料方式可分为线切割、环切等特殊方式。通常采用线切割和环切。

    线切割有利于机床的最大进给速度,其切割表面质量优于环切。但是,当一个复杂的平面型腔有多个凸台形成多个内轮廓时,往往会发生额外的刀具提升动作,即在刀具轨迹的某一点,或者为了避免刀具与凸台之间的干涉,或者为了使刀具返回到剩余的未加工区域,需要将刀具从加工平面提升到一定高度,然后平移到另一个刀具轨迹的起点,再继续切削动作。

    刀具轨迹主要由一系列平行于固定方向的直线组成,因此计算相对简单。适用于简单的型腔精加工或去除大余量的粗加工。

    环切时,刀具沿边界轮廓相似的路径运动,该路径由一组封闭曲线组成,可以保证刀具在切割零件时保持相同的切割状态。由于环切过程是通过不断偏置当前环轨迹图来计算下一个环轨迹,计算复杂耗时。适用于加工复杂型腔和曲面。

    二、影响喂养方式的因素

    1.工件的形状和几何特征:工件的形状和几何特征包括加工区域的几何形状、岛的大小和位置等。这是工件本身固有的特性,是不可改变的因素,但却是决定进给方式的根本因素。

    2.工艺路线:工艺路线是实现加工目的的直接过程,是选择送料方式的直接依据。该路线决定了加工域的顺序、岛的合并和分割、粗加工、半精加工和精加工的划分等。实现目标的技术路线有多种,这就决定了饲养方式的不同选择。

    3.工件材料:工件材料也是决定刀具进给方式的因素之一。工件材料是直接加工对象,不直接影响刀具进给方式,但会影响刀具材料、尺寸和加工方式的选择,从而间接影响刀具进给方式。工件的形状和尺寸会造成工件各部分的加工余量是否均匀分布。同时,对于毛坯可选的工件,利用毛坯的不同尺寸和形状,会改变装夹方式和加工区域的重新分配,从而影响加工策略,产生不同的进给方式。

    4.工件的夹紧和紧固方式:工件的夹紧和紧固方式也间接影响进给方式,如压板造成的新“孤岛”,紧固力对切削参数的影响导致进给方式的改变,振动对进给方式的影响。

    5.刀具选择:刀具选择包括刀具材料、刀具形状、刀具长度、刀具齿数等。这些参数决定了刀具与工件的接触面积和频率,从而决定了单位时间内切削材料的体积和机床载荷,其耐磨性和刀具寿命决定了切削时间。其中,刀具尺寸(即直径)对刀具进给方式有直接影响。选择不同直径的刀具会影响残留面积的大小,从而导致加工路径的变化和进给方式的不同。

    6.加工区域的选择:在铣削加工过程中,当复杂平面型腔有多个凸台形成多个内轮廓时,往往会发生额外的抬刀动作进行线切割;对于环形切割,加工路径将会加长。这种额外的刀具提升动作或加工轨迹的加长会严重降低切削效率。因此,如何尽量减少这种情况的次数是我们主要关心的问题。

    整个切削区域根据加工要求分成若干子区域,每个子区域单独加工,子区域之间发生刀具升降。同时根据进刀方式对这些加工子区域进行合并或分割甚至忽略。这种不同加工区域的选择不仅减少了刀具提升的次数,而且不会使加工轨迹相对较长。同时,对于新的区域可以采用更合理的进刀方式,提高加工效率。

    第三,合理选择饲养方式

    1.基本选择原则

    选择进给方式要考虑两点:一是加工时间的长短,二是加工余量是否均匀。一般来说,环切法是一种基于工件形状的进刀方式,加工余量是均匀的。但是,线切割的加工余量是不均匀的。如果要在线切割后留下均匀的余量,通常需要在边界周围增加圆形刀具轨迹。如果忽略余量不均匀性的要求,线切割刀具的刀轨长度通常较短;如果考虑余量的不均匀性而增加环切刀轨,当加工区域边界较长(如多岛)时,边界周围的环切刀轨对总加工时间有明显影响,线切割刀轨一般比环切刀轨长。计算刀具的切削位置很容易,占用内存也少,但是抬刀的次数比较多。当采用圆形刀轨时,需要多次偏置环边界和清除自相交环。

    2、根据外形特点。

    工件的形状特征决定了加工的进刀方式。根据加工对象的不同,工件可以简单地分为平面型腔和自由曲面。平面型腔通常用线切割加工。由于这些工件多由整体毛坯加工成型,如箱体、底座等零件,加工余量较大。使用线切割有利于充分发挥机床的最大进给速度,提高加工效率。同时,其切割表面质量优于环切。

    工。

      自由曲面类一般采用环切加工,主要是由于曲面多为铸件或由规则形状加工成型,余量分布不均匀,同时曲面对型面精度要求较高;其次是环切加工与行切方式相比具有良好的曲面加工特性,更能逼近曲面的真实形状。

      3、根据加工策略选择

      零件的加工常分为粗加工、半精加工、精加工三个加工阶段,有时还有光整加工阶段,合理划分加工阶段是保证加工精度所必须的。传统加工方式因机床功能相对单一,所以工艺路线中可较明显地看出各个阶段的界线,但数控铣削加工方式下这个界线相对模糊,而且可能会有揉合的情况(如粗加工阶段有精加工的内容,精加工阶段也可能有粗加工的痕迹),从保证加工质量考虑,数控加工时加工阶段的划分也是需要的,但为了减少装夹时间和简化走刀动作等,如何确定各阶段的加工内容,考虑的问题可能与传统加工工艺有些不同。

      粗加工的主要目标是追求单位时间内的材料去除率,并为半精加工准备工件的几何轮廓。故多采用行切方式或复合方式进行层切。半精加工的主要目标是使工件轮廓形状平整,表面精加工余量均匀。故多采用环切方式。精加工的主要目标是获得几何尺寸、形状精度及表面质量符合要求的工件。应根据工件的几何特征对内部采用行切方式,对边缘及接合处采用环切方式。

      4、根据编程策略选择

      编程时,确定走刀方式的原则主要有:应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求;应尽量缩短加工路线,减少刀具空程移动时间;应使数值计算简单,程序段数量少,以减少编程工作量。一般而言,对于平面形腔类采用行切方式划分加工域,以减少抬刀次数;自由曲面类环切方式逼近形状。毛坯形状的选用大小会影响编程的选择,可通过加大毛坯外形,将不易装夹的外形加工转化为易装夹的行切方式形腔加工;或将用环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。

     
    (文/标准件之家)
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