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高速切削的刀具路径
时间: 2015-10-10 来源: 未知 作者: 张永强 点击:
以高切削速度、高进给速度和高加工精度为主要特征的高速切削技术，最近十几年发展迅猛，在航空航天、制造及精密微细加工等领域得到了广泛应用。因此，高速加工技术的研究已成为国内外制造领域重要的研究项目之一。
确定路径应满足的基本要求
高速切削不仅提高了对机床、、刀具和刀柄的要求，同时也要求改进刀具路径策略，因为若路径不合理，在切削过程中就会引起切削负荷的突变，从而给零件、机床和刀具带来冲击，破坏加工质量，损伤刀具。在高速切削中由于切削速度和进给速度都很快，这种损害比在普通切削中要严重的多，因此，必须研究适合高速切削的路径，将切削过程中切削负荷的突变降至最低。可以说，高速切削机床只有有了合理的高速刀具轨迹才能真正获得最大效益。
为了消除切削过程中切削负荷的突变，刀具路径应满足以下基本要求：
切削是等体积切削，即切削过程中切削力恒定。
尽量减少空行程。
尽量减少进给速度的损失。
通用的刀具路径
为了满足上述基本要求，设计的刀具路径应是：
进刀时采用螺旋或弧进刀，使刀具逐渐切入零件，以保证切削力不发生突变，延长刀具寿命。
切削速度的连续和无突变，使切削连续平稳，否则，将产生冲击。
切削时使用顺铣使切削过程稳定，不易过切，刀具磨损小，表面质量好。
采用小的轴向切深以保证小的切削力、少的切削热和排屑的顺畅。
无切削方向突变，即刀具轨迹是无尖角的，普通加工轨迹的尖角处用圆弧或其他曲线来取代(见图1)，从而保证切削方向的变化是逐渐的而不是突变的。这样有两点好处：一是现代高速机床的控制系统都有程序段前视和尖角自动减速功能，即在到达尖角前，将自动降低进给速度，这样虽然减小了冲击，且避免了过切，但却损失了进给速度。轨迹是无尖角的，自然也就避免了这种情况的发生；二是在尖角处切削负荷会突然加大(见图2)，引起冲击。轨迹是无尖角的时候这种问题同样不存在
粗加工时常用的刀具路径有：
Z向等高线层切法，即将零件分成若干层，一层一层逐层往下切，在每层中将零件的所有区域加工完再进人下一层，在每一层均采用螺旋或圆弧进刀，同时采用无尖角刀具轨迹(见图4)。这样有利于排屑，也避免了切削力发生突变。对薄壁件来说，更应采用这种刀具轨迹，因为这种刀具轨迹在切削过程中还能使薄壁保持较好的刚性。
摆线刀具路径。另一种更新的粗加工刀具轨迹是摆线刀具轨迹，“摆线”是指当一个圆沿着一条曲线作纯滚动时，圆上某一固定点的轨迹。采用这种刀具轨迹使刀具在切削时距某条曲线(一般是零件的轮廓线及其平移线)保持一个恒定的半径，从而可使进给速度在加工过程中可保持不变，而且这时的径向吃刀量一般取刀具直径的5%左右，因此刀具的冷却条件良好，刀具的寿命较长。这对高速加工是非常有利的。加工事例见图5。
精加工时常用的刀具路径有：
先在陡峭面用Z向等高线层切法加工，然后在非陡峭面采用表面轮廓轨迹法加工(见图6)；
当然在加工过程中同样每一层都要尽量作到螺旋或园弧进刀，采用无尖角刀具轨迹。
其他的刀具路径
如加工的是单一型腔的薄壁件，应尽量采用图8所示的走刀路线，它比单纯的等高线逐层切法对保持薄壁的刚性更好，从而保证加工余量均匀，零件变形小。
从以上的分析不难看出，刀具路径的优化对高速切削是非常必要的对不同形状的零件及不同的加工过程应采用不同的刀具轨迹，但螺旋或圆弧进刀、切削速度的连续和无突变以及无尖角刀具轨迹是在各种对具路线中都应尽量采用的，以保证切削过程的平稳、快速。 (end)
确定路径应满足的基本要求
高速切削不仅提高了对机床、、刀具和刀柄的要求，同时也要求改进刀具路径策略，因为若路径不合理，在切削过程中就会引起切削负荷的突变，从而给零件、机床和刀具带来冲击，破坏加工质量，损伤刀具。在高速切削中由于切削速度和进给速度都很快，这种损害比在普通切削中要严重的多，因此，必须研究适合高速切削的路径，将切削过程中切削负荷的突变降至最低。可以说，高速切削机床只有有了合理的高速刀具轨迹才能真正获得最大效益。
为了消除切削过程中切削负荷的突变，刀具路径应满足以下基本要求：
切削是等体积切削，即切削过程中切削力恒定。
尽量减少空行程。
尽量减少进给速度的损失。
通用的刀具路径
为了满足上述基本要求，设计的刀具路径应是：
进刀时采用螺旋或弧进刀，使刀具逐渐切入零件，以保证切削力不发生突变，延长刀具寿命。
切削速度的连续和无突变，使切削连续平稳，否则，将产生冲击。
切削时使用顺铣使切削过程稳定，不易过切，刀具磨损小，表面质量好。
采用小的轴向切深以保证小的切削力、少的切削热和排屑的顺畅。
无切削方向突变，即刀具轨迹是无尖角的，普通加工轨迹的尖角处用圆弧或其他曲线来取代(见图1)，从而保证切削方向的变化是逐渐的而不是突变的。这样有两点好处：一是现代高速机床的控制系统都有程序段前视和尖角自动减速功能，即在到达尖角前，将自动降低进给速度，这样虽然减小了冲击，且避免了过切，但却损失了进给速度。轨迹是无尖角的，自然也就避免了这种情况的发生；二是在尖角处切削负荷会突然加大(见图2)，引起冲击。轨迹是无尖角的时候这种问题同样不存在
a常规切削的刀具轨迹 b高速切削的刀具轨迹
图1无尖角刀具轨迹
图2尖角处切削状况
a余量均匀的新方法 b传统方法
图3刀具运动轨迹比较
粗加工时常用的刀具路径有：
Z向等高线层切法，即将零件分成若干层，一层一层逐层往下切，在每层中将零件的所有区域加工完再进人下一层，在每一层均采用螺旋或圆弧进刀，同时采用无尖角刀具轨迹(见图4)。这样有利于排屑，也避免了切削力发生突变。对薄壁件来说，更应采用这种刀具轨迹，因为这种刀具轨迹在切削过程中还能使薄壁保持较好的刚性。
图4等高线层切法
摆线刀具路径。另一种更新的粗加工刀具轨迹是摆线刀具轨迹，“摆线”是指当一个圆沿着一条曲线作纯滚动时，圆上某一固定点的轨迹。采用这种刀具轨迹使刀具在切削时距某条曲线(一般是零件的轮廓线及其平移线)保持一个恒定的半径，从而可使进给速度在加工过程中可保持不变，而且这时的径向吃刀量一般取刀具直径的5%左右，因此刀具的冷却条件良好，刀具的寿命较长。这对高速加工是非常有利的。加工事例见图5。
图5摆线刀具路径
精加工时常用的刀具路径有：
先在陡峭面用Z向等高线层切法加工，然后在非陡峭面采用表面轮廓轨迹法加工(见图6)；
图6精加工方法一
图7精加工方法二
当然在加工过程中同样每一层都要尽量作到螺旋或园弧进刀，采用无尖角刀具轨迹。
其他的刀具路径
如加工的是单一型腔的薄壁件，应尽量采用图8所示的走刀路线，它比单纯的等高线逐层切法对保持薄壁的刚性更好，从而保证加工余量均匀，零件变形小。
图8薄壁件推荐走刀路线
图9薄底件推荐走对路线
从以上的分析不难看出，刀具路径的优化对高速切削是非常必要的对不同形状的零件及不同的加工过程应采用不同的刀具轨迹，但螺旋或圆弧进刀、切削速度的连续和无突变以及无尖角刀具轨迹是在各种对具路线中都应尽量采用的，以保证切削过程的平稳、快速。 (end)
