数控技术第四章 高速切削与五轴联动加工编程基础

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。
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。
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
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 高速切削编程方法
(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。
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
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，
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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
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。
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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
图4-7 粗加工方式示意图
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(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。
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
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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4-13 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
(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。
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(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。