優(yōu)化刀具路徑提高加工性能

SWORD-石敬德

在大部分CAD/CAM系統(tǒng)中都提供擺線式刀具路徑的加工功能，但很少有人使用，有的時候甚至沒有人知道。采用擺線式刀具路徑和混合型擺線刀具路徑可以方便地加工特殊材料。
: @% ~7 g# |- M! M# E% Z定義和優(yōu)點
% W8 F, {8 `2 a( J% h, ^擺線式刀具路徑實際上是與一個圓連接的很多曲線，沿著一條直線或軌跡滾動。
1.熱量
1 i9 I( W5 w+ y! N采用擺線路徑的加工方法，可以使熱量的積聚減少到最低限度。對難以加工的合金來說，加工時控制熱量是極為重要的，可以保證優(yōu)質(zhì)刀具穩(wěn)定的加工性能。熱量的聚積將會使刀具的使用壽命大幅度下降，這是刀具發(fā)生故障的一個主要原因。采用擺線式刀具路徑之所以能夠減少熱量，是因為彎曲的路徑可以使刀尖與材料之間的接觸弧度減少到最低。在切削中，采用較小的刀具和弧度，可以使刀具與材料的接觸量減到最低。
2.速度
采用擺線式刀具路徑還有其他一些優(yōu)點。由于其熱量降到最低，因此可以采用更快的SFM速度來切削加工材料。有了擺線式路徑加工法，可以在Z軸方向上加大刀具的吃刀深度。一般來說，Z軸上的切削深度可達到刀具直徑的2倍。在大多數(shù)情況下，擺線式刀具路徑用于加工插槽。可以使用擺線式路徑來創(chuàng)建加工凹槽，但是在加工凹槽時，會發(fā)生一些刀具運動的浪費現(xiàn)象，要使刀具與材料的接觸量降到最低，并不需要弧形的加工路徑。
/ ^( ]' g3 i$ k: p2 p" ~! C通常，使用的刀具約是槽寬的50%~62%。在這個范圍內(nèi)，可以盡量使接觸弧度減少到足夠低的限度，并利用其所增加的轉(zhuǎn)速和Z軸上的切削深度。徑向跨步量的大小（在X、Y軸方向上）取決于材料的特性，但應在刀具直徑的2%~10%范圍內(nèi)。這種輕量級的切削加工允許采用更高的轉(zhuǎn)速和進給速度，使加工達到很高的生產(chǎn)率，而且不會增加熱量（圖1）。
3.刀具的選用
一般會選用直徑較小的刀具，以降低刀具的成本和減少生產(chǎn)的整體開支。如果想要確保所選用的刀具適于這類的切削加工，那么它必須是專門設計的，不但要適于擺線式切削，而且還要適用于所切削加工的材料。對于高性能的加工而言，刀具采用適當?shù)耐苛稀⒉牧匣|(zhì)和幾何形狀是必不可少的。% F+ m3 h& I8 o* K% Y
4.軟件
& \7 Q- W. Y( _% a$ J6 W今天，CAD/CAM軟件系統(tǒng)中已采用了擺線式刀具路徑加工法，甚至還有了進一步的發(fā)展。不僅使用了典型的擺線路徑，還控制了與材料接觸面之間的弧度。從本質(zhì)上來說，即使進入到圓角或其他復雜的幾何形狀時，接觸量基本上也沒有增加。
9 x  _3 B9 I+ ]9 Q1 T: h& q該刀具在圓角上的加工與其在直線上的切削加工基本上是一樣的，這有助于消除表面光潔度和精度的變化。當工件的幾何形狀變化時，刀具仍然保持恒定壓力。
一般來說，在直線加工（剖面加工）中，如果使用的是10%的徑向跨步，那么其接觸弧度為37，但是當碰到一個圓角時，該角度就會增加到127（圖2）。與材料表面接觸時產(chǎn)生的這種狀況將會增加熱量和刀具的壓力，造成刀具使用壽命和工件加工質(zhì)量出現(xiàn)問題。
在圓角處和要求比較嚴格的區(qū)域，一些CAD/CAM軟件系統(tǒng)使用擺線型運動將混合路徑合并在一起；而在更加開放的部分，則使用傳統(tǒng)的刀具路徑。對編程人員來說這意味著什么呢？這意味著刀具的預期使用壽命更長，加工零件的質(zhì)量更加穩(wěn)定。
) Z/ m5 g3 R* f. Z) _1 J采用這些新的混合型刀具路徑可以輕松地編制出零件的加工程序。您所需要做的事情就是輸入典型的信息和理想的徑向跨步距離，CAD/CAM系統(tǒng)將會處理其余部分，并控制其與材料接觸面的角度。

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