数控技术第四章 高速切削与五轴联动加工编程基础
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图4-6 进给量对工件加工表面的影响
2)在高速切削过程中不要采用逆铣削方式，
第一节 高速切削编程方法
而要采用顺铣削方式。 3)不要采用Z向垂直下刀；对于带有敞口型腔的区域，尽量从材料 的外面进给，以水平圆弧等方式切入；对于有回旋空间的封闭区 域，尽量采用螺旋下刀，在局部区域切入；对于空间狭长的封闭 型腔，无法采用螺旋下刀，可采用斜线或“之字形”进刀。 (4)编辑优化刀具轨迹 1)避免多余空刀。 2)使用刀具轨迹裁剪修复功能。 3)利用软件进行可视化仿真加工模拟与过切检查，如Vericut软件就 可以很好地检测干涉，优化程序。 4)残余量加工或清根加工是提高加工效率的重要手段。 4.粗加工数控编程
第一节 高速切削编程方法
(1)很高的计算编程速度 高速加工中采用高转速、小背吃刀量、 快进给，其NC程序比传统数控加工程序要大得多，因而要求软件 计算速度要快，以节省刀具轨迹编辑和优化编程的时间。 (2)全程自动防过切处理能力及自动刀柄干涉检查能力 高速加工 以传统加工近10倍的切削速度进行加工，一旦发生过切，对机床、 产品和刀具将严重的后果，所以要求其CAM软件系统必须具有全 程自动防过切处理的能力及自动刀柄与夹具干涉检查、绕避功能。
第一节 高速切削编程方法
图4-1 仿形加工与分层切削对比示意图
2)刀具要平滑地切入工件。
第一节 高速切削编程方法
图4-2 Z向直接插入与坡走/螺旋切入对比示意图
3)保证刀具轨迹的平滑过渡。
第一节 高速切削编程方法
图4-3 刀具轨迹的平滑过渡示意图
4)在尖角处要有平滑的进给轨迹。
第一节 高速切削编程方法
第一节 高速切削编程方法
(1)恒定的金属切除率 在高速切削的粗加工过程中，保持恒定的 金属切除率，可以获得以下的加工效果：①保持稳定的切削力； ②保持切屑尺寸的恒定；③没有必要去熟练操作进给量和主轴转 速；④较好的热转移，使刀具和工件均保持在较冷的温度状态； ⑤延长刀具的寿命；⑥较好的加工质量等。 (2)恒定的切削条件 为保持恒定的切削条件，一般主要采用层切 法、顺铣方式加工，或采用在实际加工点计算加工条件等方式进 行粗加工，如图4-7所示。
第四章 高速切削与五轴联动加工编程基础
第四章 高速切削与五轴联动加工编程基础
第一节 第二节 第三节 第四节
高速切削编程方法 多轴数控加工的工艺 五轴机床工件坐标系的建立 五轴数控加工刀具的补偿
第一节 高速切削编程方法
一、高速加工编程与普通加工编程的区别 高速切削中的数控编程代码并不仅仅在切削速度、切削深度和进 给量上不同于普通加工，而且还必须是全新的加工策略，以创建 有效、精确、安全的刀具路径，从而达到预期的加工要求。 1.高速加工中数控编程的特点 1)由于高速切削的特殊性和控制的复杂性，编程要注意加工方法 的安全性和有效 2)要尽一切可能保证刀具轨迹光滑平稳，这会直接影响加工质量 和机床主轴等零件的寿命。 3)要尽量使刀具所受载荷均匀，这会直接影响刀具的寿命。 2.对CAM编程软件的功能要求
第一节 高速切削编程方法
(3)控制残余高度 在切削3D外形的时候，计算NC精加工步长的方 法主要是根据残余高度，而不是使用等量步长。 1)实际残余高度加工。 2)XY优化。
图4-10 控制残余高度 a)根据法向计算步长 b)斜坡XY优化示意图
第一节 高速切削编程方法
(4)应用边界识别功能 应用边界识别功能可很好地控制精加工余 量，获得良好的加工表面，如图4-11所示。
图4-11 没有边界识别与采用边界识别对比示意图 a)没有边界识别功能 b)采用边界识别功能
(5)高速精加工策略 高速精加工策略包括三维偏置、等高精加工
第一节 高速切削编程方法
和最佳等高精加工、螺旋等高精加工等策略。 二、高速加工切削参数的合理设置 1.刀具的选择
图4-12 立铣刀示意图
第一节 高速切削编程方法
第一节 高速切削编程方法
(3)丰富的高速切削刀具轨迹策略 高速加工对进给方式比传统方 式有着特殊要求，为确保最大的切削效率和高速切削时加工的安 全性，CAM软件系统应能根据加工瞬时余量的大小自动对进给率 进行优化处理，能自动进行刀具轨迹编辑优化、加工残余分析， 并对待加工轨迹监控，以确保高速加工刀具受力状态的平稳性， 提高刀具的使用寿命。 3.高速加工对数控程序编写的要求 (1)保持恒定的切削载荷 1)保持金属去除量的恒定。
图4-7 粗加工方式示意图
第一节 高速切削编程方法
(3)进给方式的选择 1)对于带有敞口型腔的区域，尽量从材料的外面进给，以实时分 析材料的切削状况；对于封闭区域，采用螺旋进刀，从局部区域 切入。 2)选择单一路径切削模式来进行顺铣，尽可能不中断切削过程和 刀具路径，尽量减少刀具的切入、切出次数，以获得相对稳定的 切削过程。 3)尽量避免加工方向的急剧改变。 (4)在Z方向切削连续的平面 粗加工所采用的方法通常是在Z方向 切削连续的平面。
图4-4 尖角处刀具轨迹比较示意图 a)不好 b)好 c)很好 d)拐角处圆弧连接
第一节 高速切削编程方法
(2)保证工件的高精度 保证工件的高精度，重要的方法是尽量减 少刀具的切入次数，如图4-5所示。
图4-5 减少刀具切入次数示意图
第一节 高速切削编程方法
(3)保证工件的优质表面 1)在高速切削过程中，过小的进给量会影响实际的进给速率，造 成切削力的不稳定，产生切削振动，从而影响工件表面的质量， 故高速切削过程应采用合适的进给量平滑加工，如图4-6所示。
图4-13 立铣刀受力示意图
第一节 高速切削编程方法
图4-14 刀尖圆弧半径 对铣削力的影响
第一节 高速切削编程方法
第一节 高速切削编程方法
5.精加工数控编程
图4-8 在Z方向切削连续的平面示意图
第一节 ห้องสมุดไป่ตู้速切削编程方法
(1)笔式加工 笔式加工的作用类似于传统加工中的清角，但传统 加工中的清角通常在精加工结束后进行；而笔式加工属于粗加工 后的半精加工。
图4-9 笔式铣削示意图
(2)余量加工(清根) 余量铣削类似于笔式铣削，其采用的加工思 想与笔式铣削相同。
2)在高速切削过程中不要采用逆铣削方式，
第一节 高速切削编程方法
而要采用顺铣削方式。 3)不要采用Z向垂直下刀；对于带有敞口型腔的区域，尽量从材料 的外面进给，以水平圆弧等方式切入；对于有回旋空间的封闭区 域，尽量采用螺旋下刀，在局部区域切入；对于空间狭长的封闭 型腔，无法采用螺旋下刀，可采用斜线或“之字形”进刀。 (4)编辑优化刀具轨迹 1)避免多余空刀。 2)使用刀具轨迹裁剪修复功能。 3)利用软件进行可视化仿真加工模拟与过切检查，如Vericut软件就 可以很好地检测干涉，优化程序。 4)残余量加工或清根加工是提高加工效率的重要手段。 4.粗加工数控编程
第一节 高速切削编程方法
(1)很高的计算编程速度 高速加工中采用高转速、小背吃刀量、 快进给，其NC程序比传统数控加工程序要大得多，因而要求软件 计算速度要快，以节省刀具轨迹编辑和优化编程的时间。 (2)全程自动防过切处理能力及自动刀柄干涉检查能力 高速加工 以传统加工近10倍的切削速度进行加工，一旦发生过切，对机床、 产品和刀具将严重的后果，所以要求其CAM软件系统必须具有全 程自动防过切处理的能力及自动刀柄与夹具干涉检查、绕避功能。
第一节 高速切削编程方法
图4-1 仿形加工与分层切削对比示意图
2)刀具要平滑地切入工件。
第一节 高速切削编程方法
图4-2 Z向直接插入与坡走/螺旋切入对比示意图
3)保证刀具轨迹的平滑过渡。
第一节 高速切削编程方法
图4-3 刀具轨迹的平滑过渡示意图
4)在尖角处要有平滑的进给轨迹。
第一节 高速切削编程方法
第一节 高速切削编程方法
(1)恒定的金属切除率 在高速切削的粗加工过程中，保持恒定的 金属切除率，可以获得以下的加工效果：①保持稳定的切削力； ②保持切屑尺寸的恒定；③没有必要去熟练操作进给量和主轴转 速；④较好的热转移，使刀具和工件均保持在较冷的温度状态； ⑤延长刀具的寿命；⑥较好的加工质量等。 (2)恒定的切削条件 为保持恒定的切削条件，一般主要采用层切 法、顺铣方式加工，或采用在实际加工点计算加工条件等方式进 行粗加工，如图4-7所示。
第四章 高速切削与五轴联动加工编程基础
第四章 高速切削与五轴联动加工编程基础
第一节 第二节 第三节 第四节
高速切削编程方法 多轴数控加工的工艺 五轴机床工件坐标系的建立 五轴数控加工刀具的补偿
第一节 高速切削编程方法
一、高速加工编程与普通加工编程的区别 高速切削中的数控编程代码并不仅仅在切削速度、切削深度和进 给量上不同于普通加工，而且还必须是全新的加工策略，以创建 有效、精确、安全的刀具路径，从而达到预期的加工要求。 1.高速加工中数控编程的特点 1)由于高速切削的特殊性和控制的复杂性，编程要注意加工方法 的安全性和有效 2)要尽一切可能保证刀具轨迹光滑平稳，这会直接影响加工质量 和机床主轴等零件的寿命。 3)要尽量使刀具所受载荷均匀，这会直接影响刀具的寿命。 2.对CAM编程软件的功能要求
第一节 高速切削编程方法
(3)控制残余高度 在切削3D外形的时候，计算NC精加工步长的方 法主要是根据残余高度，而不是使用等量步长。 1)实际残余高度加工。 2)XY优化。
图4-10 控制残余高度 a)根据法向计算步长 b)斜坡XY优化示意图
第一节 高速切削编程方法
(4)应用边界识别功能 应用边界识别功能可很好地控制精加工余 量，获得良好的加工表面，如图4-11所示。
图4-11 没有边界识别与采用边界识别对比示意图 a)没有边界识别功能 b)采用边界识别功能
(5)高速精加工策略 高速精加工策略包括三维偏置、等高精加工
第一节 高速切削编程方法
和最佳等高精加工、螺旋等高精加工等策略。 二、高速加工切削参数的合理设置 1.刀具的选择
图4-12 立铣刀示意图
第一节 高速切削编程方法
第一节 高速切削编程方法
(3)丰富的高速切削刀具轨迹策略 高速加工对进给方式比传统方 式有着特殊要求，为确保最大的切削效率和高速切削时加工的安 全性，CAM软件系统应能根据加工瞬时余量的大小自动对进给率 进行优化处理，能自动进行刀具轨迹编辑优化、加工残余分析， 并对待加工轨迹监控，以确保高速加工刀具受力状态的平稳性， 提高刀具的使用寿命。 3.高速加工对数控程序编写的要求 (1)保持恒定的切削载荷 1)保持金属去除量的恒定。
图4-7 粗加工方式示意图
第一节 高速切削编程方法
(3)进给方式的选择 1)对于带有敞口型腔的区域，尽量从材料的外面进给，以实时分 析材料的切削状况；对于封闭区域，采用螺旋进刀，从局部区域 切入。 2)选择单一路径切削模式来进行顺铣，尽可能不中断切削过程和 刀具路径，尽量减少刀具的切入、切出次数，以获得相对稳定的 切削过程。 3)尽量避免加工方向的急剧改变。 (4)在Z方向切削连续的平面 粗加工所采用的方法通常是在Z方向 切削连续的平面。
图4-4 尖角处刀具轨迹比较示意图 a)不好 b)好 c)很好 d)拐角处圆弧连接
第一节 高速切削编程方法
(2)保证工件的高精度 保证工件的高精度，重要的方法是尽量减 少刀具的切入次数，如图4-5所示。
图4-5 减少刀具切入次数示意图
第一节 高速切削编程方法
(3)保证工件的优质表面 1)在高速切削过程中，过小的进给量会影响实际的进给速率，造 成切削力的不稳定，产生切削振动，从而影响工件表面的质量， 故高速切削过程应采用合适的进给量平滑加工，如图4-6所示。
图4-13 立铣刀受力示意图
第一节 高速切削编程方法
图4-14 刀尖圆弧半径 对铣削力的影响
第一节 高速切削编程方法
第一节 高速切削编程方法
5.精加工数控编程
图4-8 在Z方向切削连续的平面示意图
第一节 ห้องสมุดไป่ตู้速切削编程方法
(1)笔式加工 笔式加工的作用类似于传统加工中的清角，但传统 加工中的清角通常在精加工结束后进行；而笔式加工属于粗加工 后的半精加工。
图4-9 笔式铣削示意图
(2)余量加工(清根) 余量铣削类似于笔式铣削，其采用的加工思 想与笔式铣削相同。