曲面加工时刀具路径优化

加工模具曲面时刀具路径的优化

摘要：以我厂加工模具实际出发，从行距、步长、分区加工、行间、层间、切入切出点确定等方面研究刀具路径优化对模具曲面的影响。在实际加工中，要得到一个优化的道具路径需要综合考虑，以便保证曲面加工质量和生产效率，曲面曲率变化较大时采用分区加工，切入切除点的选择可提高曲面加工质量和刀具使用寿命。

关键词：模具曲面、优化、刀具路径、曲面加工质量、生产效率

引言

模具铣削数控加工对象大多为曲面加工，曲面加工中最常用到刀具为球头铣刀，球头铣刀在加工曲面时被加工曲面与铣刀球面的公法线经过铣刀球面的球心，使干涉过切现象易于监测，切削运动轨迹容易控制，在复杂曲面数控加工中优先运用。

在实际加工中，工艺员在编制数控加工程序时对刀具参数、铣削方式、刀具路径等了解不透，造成模具曲面加工质量不搞，加工工时过长和刀具使用寿命降低。当参数和路径选择不当时造成模具曲面过切甚至于模具报废。因此，如何选择刀具路径和铣削参数对数控加工有很重要的意义。

一、球头铣刀的铣刀参数和铣削方式

球头铣刀的主要铣削参数有：刀具转速n r/min、切削深度a po mm、行距a eo mm、铣刀每齿进给量f z mm/z、进给速度v f mm/min、铣刀球面半径R mm、铣刀齿数Z

在球头铣刀加工区面时，沿刀轴方向Z方向，当a po ≤R时，球头铣刀在（R-a po ）≤d z＜（R-h）处为非对称铣削，在（R-h）≤d z

≤R处为对称铣削，如图1所示

（图1）a po ≤R （图2）a po ＞R

当a po ＞R 时，球头铣刀在（a po - R ）≤d z ＜（R-h ）处为非对称

铣削，在（R-h ）≤d z ≤R 处为对称铣削，如图2所示

在曲面精加工时曲面加工余量较小，通常采用图1所示加工方式，而在粗加工时，通常采用图2所示加工方式。图1图2所示中h 为残余波峰高度，也是决定曲面加工粗糙度的主要参数，存在如下关系式：

2a 22eo -

=R h

二、曲面加工时刀具路径的优化 在用CAM 软件编程加工曲面时，以UG 软件为例，由于没有科学合理的选择影响加工便面质量的2个因素，切削行距a eo 和步长L, 使得零件表面加工质量粗糙而达不到使用要求。

从2a 22

eo -=R h 可以看出，影响残余波峰高度h 的主要参数为行

距a eo ，h 越大残余波峰越高，加工表面越粗糙，反之h 越小加工表面精度越高，h 、a eo 与加工精度之间成正比关系。但是步距也不能太

小，行距a eo越小，虽然加工精度越高，但是程序量也就越大，随之加工时间也就越长，影响了加工效率。所以在选择时要综合考虑。选择合适的行距a eo，还取决于刀具半径和曲面曲率的变化，一般情况下刀具半径和行距a eo之间成正比，刀具半径越大可以选择较大的行距a eo。也可在曲面曲率越大时选择较大的行距，但这不是绝对的，曲面曲率的变化还影响到加工时间的变化，数控机床在运行程序时，为防止发生过切，在曲面曲率变化时都要进行减速，所以曲面曲率变化越大加工时间也越长。

以下图为例，这是我厂实际加工过的模具

.

（图3）（图4）（图5）图3所示为平行铣削方式，图4为同心圆铣削方式，图5为径向铣削方式。在相同的切削深度a po 和行距a eo下，图5径向铣削获得加工精度最高，图4同心圆铣削相对较差，图3平行铣削在2种方式之间，但是图5径向铣削曲面曲率变化最大，所需求加工时间也最长，图4同心圆铣削在同一步长L上曲面曲率基本无变化，所以加工时机床不减速，加工时间也最短。综合考虑，在减少行距a eo的基础上，采用图4的同心圆铣削，在得到较高精度的情况下提高了加工效率。当然这中铣削方式比较使用于图示模具。图6所示曲面当然用平行铣削方式更合适。所以要对与不同的曲面采用不同的铣削方式。

（图6）

加工区面时对于曲面曲率变化太大的模具，采用分区域加工的方式更为合适，比如在加工30″阀门金属模具的星型法兰时，就采用了分区域加工的方式。

图8

图9 图10

图7中选择所有面整体加工，加工中区域C步距太大，加工后面非常粗糙，不满足模具的使用要求。而把区域分割成A、B、C三个区域后再进行分区加工，这样得到的表面就比较光滑，减少钳工的打磨，从而模具精度也高。

在加工塑料模型时，为了在节省加工时间的情况下还要得到高的表面精度。节省加工时间最有效的就是采用较大的行距a eo，前面已经分析了行距a eo是影响表面精度的主要参数，所以要想得到高的表面精度还要缩短加工时间，选择好的刀具是重重之重。

图11 图12

如图11所示，采用这种改制刀具后，在相同的切削深度a po 和行距a eo下，相比标准刀具，残余波峰h大大减小，由于这种刀具在切削过程中产生很大的切削阻力，适合切削塑料、木材这样的材料，不适合切削钢件。用这种刀具加工模型直角处时自动形成圆角R，在数模造型时在直角处不需做倒角，减少数模造型的工作量。图12中采用跟随周边铣削的方式，而不用平行铣削，这样在加工后，周边相当于轮廓铣削，得到的面比较光滑。

三、结论

用球头铣刀加工三维曲面工件时，所用加工方法很多，为了得到满足要求的加工精度和高的生产效率，要综合分析，不同的曲面采用最科学的行距、切入、切出、铣削方式、刀具等。

参考文献

1、张俊华，王少妮UG NX5.0数控编程完全自学手册机械工

业出版社

2、袁哲俊，刘华明刀具设计手册机械工业出版社