數控編程加工概述

數控編程加工概述,數控,編程,加工,概述 ·23· 第1章 數控編程加工概述 第1章 數控編程加工概述 知識要點 & 數控加工特點與工藝 & 加工類型與參數的確定 & 數控加工銑削刀具 & 數控編程的一般操作流程 隨著科學技術的不斷發(fā)展和進步，生產與自動化的觀念逐漸深入人心。數控設備已遍布全世界，不僅工業(yè)發(fā)達國家已廣泛采用，而且連發(fā)展中國家也大量采用。為什么會這樣呢？主要是二次大戰(zhàn)之后，生產發(fā)生了一個重要變化，那就是多品種，而不是大批量生產，中小批量生產占了上風。另一個重要變化就是產品的銷售時間變短，多則五年，少則一年；另一個因素是由于計算機技術的突飛猛進的發(fā)展，給數控設備提供了良好的技術基礎。這樣，大量的無人工廠出現。當然，無人也不是一個人也沒有，不過是在一個很大的車間里，有數百臺設備，僅有六七個人的工廠是足夠的。為了適應多品種、換型快、中小批量生產的需要，未來的加工設備一定是數控技術的天下。 1.1 數控加工特點與工藝 在現今科技發(fā)達的社會中，數控加工技術是重要組成部分，在現代模具制造業(yè)中具有重要作用，目前掌握先進的數控加工技術是模具專業(yè)人才適應社會飛速發(fā)展的關鍵，所以掌握數控加工特點與工藝顯得尤為重要。 隨著工業(yè)的發(fā)展數控加工的地位越來越重要，愈來愈多的零件要求加工精度高，加工形狀復雜。如所謂“納米級加工”，用手工加工幾乎是不可能。在過去模具加工中，遇到復雜自由曲面或難以加工部分就采用仿形銑床與電火花機床進行生產制造，但由于仿形銑床加工精度較低，增加了拋光的工作時間，以及制作仿形時增加了生產費用和時間。所以現今的模具廠幾乎都采用CNC機床、加工中心或者CNC電火花加工設備進行模具制造。由于采用CNC機床和加工中心等先進設備大大縮短了模具的交貨期限，降低了生產成本。 模具制造過程中，工藝方面起到了降低生產成本的作用。一般來說，工藝就是模具生產的步驟，如果步驟多了，也會延長模具的交貨期限，所以一個模具的工藝是模具生產的重要部分之一。 1.2 加工類型與參數的確定 加工類型的選擇就是根據模具結構形狀劃分粗加工、半精加工、局部精加工和精加工，接著根據劃分的加工類型確定銑削刀具和加工策略，然后設置合理的加工參數對模具結構進行數控程序編程。 1.2.1 加工類型選擇 模具數控加工一般分為粗加工、半精加工、局部精加工和精加工4種加工類型。 1．粗加工 粗加工策略需要根據毛坯的類型和模具型面的情況而定。如果毛坯為鍛件或鋼件，那么粗加工最好先選用區(qū)域清除模型加工，將毛坯的大部分余量去除掉，得到均勻的毛坯余量，為后序加工提供方便。如果毛坯為鑄件，最佳等高策略則是粗加工的最佳選擇。最佳等高策略需將模型面分為平坦和陡峭兩種情況，平坦區(qū)域采用平行或三維偏置方式加工，而陡峭區(qū)域采用等高線方式加工。 2．半精加工 半精加工的主要目的是保證精加工時余量均勻，最常用的方法是先算出殘留材料的邊界輪廓（參考刀具未加工區(qū)域的三維輪廓），然后選用較小的刀具來加工這些三維輪廓區(qū)域，而不用重新加工整個模型。一般用等高精加工方法來加工殘留材料區(qū)域內部。為得到合理的刀具路徑，應注意以下幾點： （1）計算殘留邊界時所用的余量，應跟開粗加工所留的余量一致。 （2）用殘留邊界等高精加工凹面時，應把“型腔加工”取消掉。否則，刀具路徑在進行單側銑削時，隨著深度的增加，接觸刀具的材料增多，銑削力增大，使刀具易折斷。 （3）銑削過程中盡量減少提刀次數，提高工作效率。 （4）當孔的上表面為斜面時，必須把精加工孔壁斜面提高，否則刀具會刮傷精加工過的斜面。 3．局部精加工 局部精加工一般是指清角加工。清角加工應采用多次加工或系列刀具從大到小的加工方法。PowerMILL有多種清角加工方式，例如自動清角、沿著、筆式、多筆、縫合等。在這些加工方式中，自動清角方式最佳。 筆式和多筆方式一般在粗加工進行預清除時使用，它對提高粗加工效率有明顯效果?？p合是陡峭或平坦區(qū)域應選用的加工方式，一般在局部加工時選用。自動清角方式則是比較全面的一種加工方式，它在不同的區(qū)域采用不同的加工策略，如在平坦處采用多筆或沿著，而在陡峭處采用縫合。這里的平坦與陡峭區(qū)域是根據淺灘角的大小而確定，如果淺灘角設定過小則產生的刀具路徑將以縫合為主；如果淺灘角設定過大則刀具路徑將以沿著為主，所以淺灘角設定得過大或過小都無法體現出自動清角的優(yōu)越性。在長時間的工廠實踐中，認為設定在60°左右的淺灘角最為合適。淺灘角產生的自動清角刀具路徑，不但減少了加工時間，而且還可以提高刀具的使用壽命，它獨特的計算方法還能將分型面中所有角落的刀具路徑全部計算出來，避免了其他方式的計算遺漏問題。 4．精加工 在精加工中，除非模具型面高度變化比較大，否則最好選擇平行精加工。因為平行精加工不但計算速度快，而且刀具路徑光順，加工完成的模具型面質量好。但平行方式會在局部型面產生步距不均的現象，為了避免這一現象，可以在步距不均處補加程序，或者在加工方法中選中垂直路徑的對話框。選中它后，PowerMILL會自動在產生步距不均的地方，補加垂直的刀具路徑。若模具型面高度變化比較大，則選用最佳加工方法是最佳等高精加工或等高精加工等方法。對于平面的精加工，常采用偏置區(qū)域清除加工。 在模具型面編程中，邊界的設定是非常重要的。無論是最佳等高精加工、偏置區(qū)域清除，還是平行精加工，它們產生的刀具路徑都是與邊界有關的，所以邊界設定的好壞，將直接影響程序的質量。如果邊界設定得好，則產生的刀具路徑十分規(guī)范，而且不需要編輯裁剪，可節(jié)省時間。如果邊界設定不好，則產生的刀具路徑需要編輯裁剪，并且編輯裁減后的刀具路徑產生大量的提刀。這樣不但大大的增加了編程時間，而且還增加了數控機床加工時間。所以，為了保證加工質量，提高加工效率，應該注意以下幾點要素。 （1）精加工余量必須均勻，一般徑向留余量為0.15~0.3mm，軸向留余量為0.05~0.15mm。 （2）當采用偏置區(qū)域清除精加工平面時，毛坯的Z向最小值應該等于該平面的Z值，否則平面加工后高度方向尺寸誤差較大。 （3）若采用等高精加工，當刀具起刀點位置比較亂時，可以使用在編輯中移動開始點的方法來改正。 （4）為保證在淺灘邊界處平行和等高兩種走刀路徑接刀良好，在允許的情況下，一般在平行走刀時把淺灘邊界向外三維偏移2mm左右。 等高精加工側面時常選用圓鼻刀加工，這必然導致工件底部不清角。當選用軟件中的幾種清角加工所產生的刀路不是很合理的情況下，一般采用等高加工通過裁剪功能去掉多余的路徑的方法來代替。此時，應該檢查等高精加工后Z向深度是否到位，若不到位則應該再加工一刀，把這一刀的路徑拉到先前的等高加工路徑里，這里應設置切入切出和連接參數。 1.2.2 加工參數選擇 模型讀取結束后，首先要進行加工參數的設定。加工參數主要包括毛坯、進給率、快進高度、開始點、切入切出和連接方式及加工刀具等。 1．毛坯大小設定 在PowerMILL中，毛坯擴展值的設定很重要，如果毛坯擴展值設得過大將增大程序的計算量和增加編程時間；如果設得過小，程序將以毛坯的大小為極限進行計算，這樣很可能導致型面加工不到位。所以，毛坯擴展的設定一般要稍大于加工刀具的半徑，同時還要考慮它的加工余量。 擴展值應等于加工刀具的半徑加上加工余量，再加上2~5mm。例如Ф30的刀具，型面余量為0.5 mm，那么毛坯擴展可設定為20。 2．進給率設定 進給率的設定較為方便，可根據加工車間所使用的刀具、加工材料的硬度和機床設備而確定。若進給率設置得偏大或偏小，則可以通過機床的進給倍率進行調整。 3．快進高度設定 快進高度包括兩項，一項是安全高度，另一項是開始高度。安全高度一般要在PowerMILL計算出來的值的基礎上，再加上20~40mm左右。開始高度的值最好不要與安全高度一樣，一般將它設為比安全高度小10mm左右。這樣設定是為了在NC程序輸出中增加一個Z值，有利于數控加工的安全性。 4．開始點設定 開始點的值一般與安全高度的值相同。 5．切入切出和連接方式設定 切入切出和連接方式要根據不同情況，進行不同的設定。例如，區(qū)域清除加工要采用斜向下刀或外部進刀，高速加工時切入切出采用圓弧連接，而輪廓加工則要采用水平圓弧進退刀等。 6．刀具設定 刀具可根據加工車間習慣進行設定，在設定刀具時，最好將刀具名稱設為與刀具大小相同，并加上刀具的代號。如直徑為16mm的球頭刀，可將它命名為“Q16”，這樣命名有利于編程時對刀具的選用和檢查。 加工參數也可以通過PowerMILL中的宏來記錄剛才的參數設定。宏的運用不但省去了許多重復操作，節(jié)約了編程時間，而且還降低了編程的錯誤率。宏還可以放在用戶菜單里，用戶可以根據自己的喜好進行設定。通過用戶菜單可以執(zhí)行宏，也可以執(zhí)行一些其他操作。 7．碰撞檢查設定 在防止碰撞方面，PowerMILL和其他的CAM軟件都提供了碰撞檢查功能。兩者不同的是，其他的CAM軟件的碰撞檢查功能只能在清除余料中使用，而且在發(fā)生碰撞的時候，其他的CAM軟件的刀軌運算時間會大幅度增加，而PowerMILL的防碰撞功能在運算時間上要比其他的CAM軟件少很多。另外，PowerMILL既可以在生成程序時檢查，也可以在程序生成后檢查，并且PowerMILL的防碰撞功能還可以檢查型面、輪廓等其他操作是否會碰撞。在這一點上，PowerMILL提供了全方位的安全措施，提高了程序的安全性，降低了加工過切及碰撞的問題，而其他的CAM軟件顯得比較薄弱。 1.3 數控加工銑削刀具 與普通機床加工相比，數控加工對刀具提出了更高的要求，不僅需要刀具的剛性好、精度高，而且要求刀具尺寸穩(wěn)定、耐用度高，斷屑及排屑性能好。 1.3.1 銑削刀具的類型與選用 銑削刀具選擇合理與否，直接決定了加工質量和加工效率。刀具的選擇是在數控編程的人機交互狀態(tài)下進行的，應根據加工材料性能、銑削量、工件結構形狀、加工方式、機床加工能力和承受負荷，以及其他相關因素來選擇刀具。刀具選擇總的原則是安裝調整方便、剛性好、耐用度和精度高。在滿足加工要求的前提下，應該盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具加工的剛性。 1．銑削刀具的類型 為了適應數控機床高速、高效和自動化程度高等特點，銑削刀具可分為整體式和鑲嵌式兩種，如圖1-1所示。整體式刀具的刀刃與刀柄連接一體，整體式刀具在早期是應用最廣泛、最有效的銑削刀具。鑲嵌式刀具是通過通用刀具、通用連接刀柄及少量專用刀柄連接而成，目前鑲嵌式刀具已成為銑削刀具中的主流，在數量上達到了整個數控刀具的30%~40%，金屬切除量占總數的80%~90%，如圖1-2和圖1-3所示為常用的鑲嵌式銑削刀具和刀把種類及其安裝方法。 整體式 鑲嵌式 圖?1-1 刀具分類 圖?1-2 鑲嵌式銑削刀具和刀把種類 圖?1-3 鑲嵌式銑削刀具的安裝方法 由于立銑刀與刀夾之間存在微小間隙，所以在加工過程中刀具有可能出現振動現象。振動會使銑削力不均勻，影響加工精度和刀具使用壽命。當加工出的溝槽寬度偏小時，也可以有目的地使刀具振動，通過增大銑削量來獲得所需槽寬，但這種情況下，應將立銑刀的最大振幅限制在0.02mm以下，否則無法進行穩(wěn)定的銑削。在正常加工中，立銑刀的振動越小越好。 當出現刀具振動時，應考慮降低銑削速度和進給速度，若兩者都已降低40%后仍存在較大振動，則應考慮減小吃刀量。 如果加工系統(tǒng)出現共振，其原因可能是銑削速度過大、刀具系統(tǒng)剛性不足、工件裝夾力不夠以及工件形狀或工件裝夾方法等因素所致。此時應采取調整銑削用量、增加刀具系統(tǒng)剛度、提高進給速度等措施。 2．銑削刀具的選擇 在實際模具生產加工當中，數控銑削刀具與普通機床所用的銑削刀具相比，有許多要求，主要表現為以下幾點： （1）剛性好（尤其是粗加工刀具）、精度高、抗振及熱變形小。 （2）互換性好，便于快速換刀。 （3）壽命高，銑削性能穩(wěn)定、可靠。 （4）刀具的尺寸便于調整，以減少換刀調整時間。 （5）刀具應能可靠地斷屑或卷屑，以利于切屑的排除。 （6）系列化、標準化，以利于編程和刀具管理。 為了合理加工工件及選擇銑削刀具，必須先分析被加工工件形狀、尺寸大小、材料硬度等條件。一般加工平坦零件時，采用端銑刀；在加工凸臺、凹槽時，可選擇鑲硬質合金刀片的玉米銑刀或高速鋼立銑刀；而對一些立體自由曲面型面和變化斜角輪廓外形的加工，常采用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀。但在進行自由曲面加工時，由于球頭刀具的端部銑削速度為零，因此，為保證加工精度，銑削間距一般取得很小，故球頭刀常用于曲面的精加工。而圓鼻刀具在表面加工質量和銑削效率方面都優(yōu)于球頭刀，因此，只要在保證不過切的前提下，無論是曲面的粗加工還是精加工，都應優(yōu)先選擇圓鼻刀。另外，刀具的耐用度和精度與刀具價格關系極大。在大多數情況下，選擇好的刀具雖然增加了刀具成本，但由此帶來了加工質量和加工效率的提高，則可以使整個加工成本大大降低，圖1-4是根據不同結構形狀所選用的銑削刀具。 在模具零件數控加工當中，一般需要劃分粗加工、半精加工和精加工工序，如圖1-5所示。粗加工時選擇大刀具、大銑削量，其銑削量一般在1~5mm；半精加工時選擇比粗加工要小的刀具，其銑削量一般為0.3~1mm；而精加工時根據零件最小位置尺寸選擇小于其最小位置尺寸的刀具，其銑削量一般在0.5mm以下。 圖?1-4 根據不同結構形狀所選用的銑削刀具 圖?1-5 加工工序 在經濟型數控加工中，由于刀具的刃磨、測量和更換等多為人工手動進行，占用的輔助時間較長，因此必須合理安排刀具的排列順序。一般應遵循以下原則： （1）盡量減少刀具數量。 （2）一把刀具裝夾后，應完成其所能進行的所有加工部位。 （3）粗精加工的刀具應分開使用，即使是相同尺寸規(guī)格的刀具。 （4）先銑后鉆。 （5）先進行曲面精加工，后進行二維輪廓精加工。 （6）在可能的情況下，應盡可能利用數控機床的自動換刀功能，以提高生產效率等。 刀具直徑的選取應遵循以下原則：粗加工時根據工件特點盡量選取較大直徑刀具，能加大銑削用量，提高粗加工效率。精加工時，應根據輪廓最小圓角，選用小于圓角的刀具，從而提高加工表面的質量，刀具直徑如圖1-6所示。 刀角半徑的選取：球刀或圓角刀的刀尖圓角，應根據輪廓周邊的過渡圓角設定，以避免過切現象發(fā)生，刀具半徑如圖1-7所示。 圖?1-6 刀具直徑 圖?1-7 刀角半徑 1.3.2 銑削刀具的使用注意事項 使用銑削刀具必須明確其用途和安裝方法，避免發(fā)生事故。表1-1所示為銑削刀具的使用注意事項。 表1-1 銑削刀具的使用注意事項 刀 具 種 類 事 故 原 因 避 免 方 法 所有銑削刀具 由于刀刃很鋒利，因此直接用手觸及有碰傷的可能 特別是從套殼中取出時或將其安裝在機床上時，請使用手套等保護用品 使用錯誤的方法或使用條件不恰當，可導致刀具破損飛出，造成碰傷的危險 請使用安全罩，保護眼睛 由于沖擊負荷，刀具過度磨損，使銑削力劇增，導致刀具破損飛濺，而有傷害操作人員的危險 請使用安全罩，保護眼睛 請及時更換磨損的刀具 高溫的切屑飛濺及過長切屑排出，可造成傷害及燙傷操作人員 請用保護手套等保護用具 銑削過程產生高溫，切莫直接觸摸加工完的刀具或工件，以避免燙傷的危險 請使用安全罩，保護眼睛 在除去切屑時應關停機床，并戴上手套采用鉗子或夾子等工具 銑削中產生的火花和劇烈磨擦的刀具產生高溫及高溫的切屑，都有可能引發(fā)火災 易燃易爆物應遠離銑削區(qū) 在使用非水溶性銑削液時應采用防火措施 在高速旋轉時，如機床夾具等平衡性能差，會產生振動及顫振，使刀具破碎而發(fā)生危險情況 請使用安全罩，保護眼睛 必須對機床進行試運轉，并確認沒有振動或顫振等導常聲音再正式操作 工件上產生毛刺等缺陷，直接用手觸摸有受傷的危險 請不要裸手觸摸工件 銑削刀具 （帶可轉位刀片） 若未把刀片與有關零件夾緊，在銑削中有脫落或飛出的可能，造成傷害事故 安裝刀片的定位面和緊固零件，不允許有雜物粘附，應仔細檢查后認為可靠再安裝刀片 請使用附帶的專用扳手夾固刀片與零件，專用扳手決不允許作其他用途 用通用套筒扳手等輔助工具時，若夾緊力太大，會造成刀片產生微裂紋等缺陷，產生事故隱患 只允許用附帶的專用扳手夾緊刀片等零件 刀具高速旋轉時，由于離心力，刀片有可能飛出的危險 請參照產品使用說明書和樣本，在推薦的范圍內使用 各種銑刀及其他旋轉刀具 銑刀類刀具，由于刃口鋒利直接用手觸摸可能碰傷手 請用保護手套等保護用具 刀具因偏心旋轉、不平衡等因素引起顫振、振動等，并由于刀具破碎而飛濺，會造成傷害事故 旋轉速度按推薦的條件選擇 為防止因軸承磨損引起的偏心回轉振動等，應定期檢查回轉部分精度和調整平衡 續(xù)表 刀 具 種 類 事 故 原 因 避 免 方 法 鉆頭 工件旋轉加工通孔時，當鉆通時切剩部分常會高速飛出，這種飛出物呈圓盤狀且鋒利，十分危險易造成事故 請使用安全罩，保護眼睛等防保用具，并在夾持部分裝上外罩 極小直徑的鉆頭其頂部是尖形，十分銳利，用手接觸不小心易刺傷。鉆頭折斷在工件內將難以取出，還有可能折斷飛出，易造成傷害事故 操作時必須充分注意安全，請使用保護手套，保護眼睛 焊接刀具 有刀片脫落，破碎造成受傷的危險性 使用前要確認已牢靠焊上 其他 在規(guī)定用途以外使用時，會招致機床或刀具的損壞，非常危險 請遵守規(guī)定的使用方法 1.3.3 平面銑削加工刀具各部分作用 1．平面銑刀銑削刃各角度的功能 平面銑刀銑削刃各角度的功能，如表1-2所示。 表1-2 平面銑刀銑削刃各角度的功能 平面銑削刀具功能表達 名 稱 代 號 功 能 效 果 軸向前角 A.R 決定切屑排出方向 正角時，銑削性能好 徑向前角 R.R 決定銑削刃鋒利程度 負角時，切屑排出性能良好 余偏角 CH 決定銑削 厚度 角度大時，銑削厚變薄，銑削時沖擊力小，但背向力大 前角 T 決定實際 銑削刃鋒的程度 正角時，銑削性能好，切屑難熔附 負角時，銑削性能差，但銑削刃強度高 刃傾角 l 決定切屑排出方向 正角大時，排屑性能良好，但銑削刃強度低 2．基本刃形 平面銑刀的基本刃形，如表1-3所示。 表1-3 平面銑刀的基本刃形 前角的正負 基 本 刃 形 基本刃形的組合 ● 刀尖先接觸銑削刃稱正前角 ● 刀尖后接觸銑削刃稱負前角 軸向前角(A.R) 正（+） 負（-） 正（+） 徑向前角(R.R) 正（+） 負（-） 負（-） 刀片規(guī)格 正角型刀片 （單面使用） 負角型刀片 （雙面使用） 正角型刀片 （單面使用） 工件材料 鋼 ● ● 鑄鐵 ● ● 輕合金 ● 難加工 材料 ● ● 3．余偏角（CH）與銑削特性 余偏角（CH）與銑削特性，如表1-4所示。 表1-4 余偏角（CH）與銑削特性 工件材料：SCM440（HB281） 刀具：F125 mm單刃 銑削條件：vc=125.6 mm/min ap=4 mm ae=110 mm 余偏角 0o 背向力是相反方向的作用力。工件夾緊剛性差時，背向力會使工件抬起 余偏角 15o 加工薄壁工件等剛性差的工件時，推薦余偏角為15的面銑刀 不同刃形銑削力的比較 主銑削力：與面銑刀回轉方向相反的力 背向力：在軸向反推面銑刀的力 進給力：抵抗工作臺進給的力 余偏角 45o 背向力最大。加工薄壁零件時，工件會發(fā)生去撓曲，導致加工精度下降。而銑削鑄鐵時，有利于防止工件邊緣產生崩落 1.3.4 立銑刀各部分的名稱和刃數 通過了解立銑刀各部分的名稱和刃數，可以更好地利用刀具進行編程，避免刀具選擇不當而造成過切或撞刀等現象的發(fā)生。 1．立銑刀各部分的名稱 立銑刀各部分的名稱，如圖1-8所示。 圖?1-8 立銑刀各部分的名稱 2．立銑刀的齒數與容屑槽截面積比 立銑刀的齒數與容屑槽截面積比，如圖1-9所示。 圖?1-9 立銑刀的齒數與容屑槽截面積比 表1-5所示為齒數與容屑槽的特點。 表1-5 齒數與容屑槽特點 2刃 3刃 4刃 特點 優(yōu)點 切屑排出順暢，縱向進給加工容易 切屑排出順暢，縱向進給加工容易 剛性高 缺點 剛性低 外徑測定困難 切屑排出不順暢 續(xù)表 2刃 3刃 4刃 用途 用于切槽、側面加工及孔加工等用途廣泛 用于槽、側面加工、重銑削、精加工 用于淺槽、側面加工及精加工 3．立銑刀的種類與形狀 立銑刀的種類與形狀可以按外圓刃、底刃、手柄和頸部進行分類，不同的類型其形狀特點不同，而且其所加工的位置也不相同。 （1）外周刃的種類、形狀和特點 外周刃的種類、形狀和特點，如表1-6所示。 表1-6 外周刃的種類、形狀和特點 種 類 形 狀 特 點 普通刃 使用廣泛，應用在槽加工、側面加工及臺階面加工等。另外在粗加工、半精加工及精加工所有場合均可使用 錐形刃 用于普通刃加工后的錐面加工、模具起模斜度加工和凹窩部分加工 粗加工刃 刀刃成波形，切屑細小，銑削力小。適用于粗加工，不宜精加工。需要磨削前面 成形刃 作為特別訂貨產品。左圖為加工圓角R的刀具，該類刀具可根據加工零件的形狀而改變刃形。多為特殊訂貨產品 （2）底刃的種類、形狀和特點 底刃的種類、形狀和特點，如表1-7所示。 表1-7 底刃的種類、形狀和特點 種 類 形 狀 特 點 帶有中心孔的直角頭型刃 使用廣泛，可用于槽加工、側面加工及臺階面加工等。不能縱向切入加工，但由于磨削時有2個中心孔支撐，故重磨精度高 可中心銑削的直角頭型刃 使用廣泛，可用于槽加工、側面加工及臺階面加工等。雖能進行縱向切入加工，但刃數越少，縱向切深性能越好?？蓨A持一頭重磨 球頭刀 它是曲面加工不可缺的刀具，尖端部由于容屑槽小，故切屑排出性能差 圓弧頭刃 用于轉角部R的加工與周期進給加工。在周期進給加工時，R即使再小，也能用于直徑大的立銑刀，進行高效加工 （3）手柄及頸部的種類、形狀和特點 手柄及頸部的種類、形狀和特點，如表1-8所示。 表1-8 手柄及頸部的種類、形狀和特點 種 類 形 狀 特 點 直柄 使用廣泛 長柄 深部雕刻加工用，由于刀柄長，按使用目的懸伸一定長度即可使用 復合柄 帶平面的刀柄，用于立銑刀在加工中心中也能卸脫。立銑刀直徑超過30mm的用它 長頸 可作小直徑立銑刀深部雕刻加工用，也可用于鏜削 錐頸 能對模具斜角的壁面深雕刻發(fā)揮較大的作用，能在具有傾斜壁面模具的深部進行雕刻加工 1.4 數控編程的一般操作流程 數控編程加工的操作過程為首先加載毛坯，定義工序加工的對象，設計刀具，定義加工的方式并生成該相應的加工程式，然后依據加工程式的內容，如加工對象的具體參數、刀具的導動方式、銑削步距、主軸轉速、進給量、銑削角度、進退刀點、干涉面及安全平面等詳細內容來確立刀具軌跡的生成方式；仿真加工后對刀具軌跡進行相應的編輯修改、復制等；待所有的刀具軌跡設計合格后，進行后處理生成相應數控系統(tǒng)的加工代碼進行DNC傳輸與數控加工，其具體流程如圖1-10所示。 圖?1-10 數控加工一般操作流程圖 1.4.1 導入CAD模型 導入CAD模型作為數控加工的第一步決定著之后操作的成敗與否，其導入模型的收縮率、單位或形狀結構等參數必須符合實際要求。導入CAD模型步驟分為兩個步驟：首先必須進行CAD文件轉換，CAD文件通過PS-Exchange轉換，然后通過PowerMILL導入。如果沒有PS-Exchange轉換，PowerMILL則是無法導入CAD模型的。 PowerMILL導入CAD模型，可以通過選擇菜單欄中的【文件】/【范例】選項裝載模型，如圖1-11所示。 圖?1-11 【加工模型裝載】操作步驟 PowerMILL 7.0可接受多種類型格式的數據文件，打開【打開范例】對話框中的【文件類型】下拉列表框，如圖1-12所示，可根據需要選擇不同的類型格式打開模型數據文件。 圖?1-12 PowerMILL7.0數據文件的類型格式 1.4.2 分析模型加工工藝 加工工藝分析就是指對零件的加工順序進行規(guī)劃，其具體安排應該根據零件的結構、材料特性、夾緊定位、機床功能、加工部位的數量以及安裝次數等進行靈活劃分，一般可根據下列方法進行劃分。 1．刀具集中分序法 以應用的刀具進行劃分，用同一把刀具加工完成所有可以加工的零件部位，再用第2把或第3把刀具完成它們可以完成的其他部位。這樣可減少換刀次數，壓縮空白程序的時間，減少不必要的定位誤差。 2．加工部位分序法 在數控機床上加工零件，工序可以集中。對于加工部位很多的零件可一次裝夾并盡可能完成全部工序，可按其結構特點將加工部位分成幾個部分，如內形、外形、曲面或平面等。但一般應遵循下列原則： （1）一般先加工平面、定位面，后加工孔。 （2）先加工簡單的幾何形狀，再加工復雜的幾何形狀。 （3）先加工精度較低的部位，再加工精度要求較高的部位。 3．以粗、精加工分序法 對于易發(fā)生加工變形的零件，由于粗加工后可能發(fā)生變形而需要進行校形，故一般要進行粗、精加工的都要將工序分開。 4．保證精度的原則 數控加工要求工序集中，通常粗、精加工在一次裝夾下完成，為減少熱變形和銑削力變形對工件的形狀、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影響，應將粗、精加工分開進行。對軸類或盤類零件，將各處先粗加工，留少量余量精加工，以保證表面質量要求。同時，對一些箱體工件，為保證孔的加工精度，應先加工表面而后加工孔。? 綜上所述，在劃分工序時，一般將以上幾點都應考慮進去，然后再根據實際加工零件結構進行確定，但一定要力求合理。 1.4.3 設置數控加工原點坐標系 建立坐標系是為了確定刀具或工件在機床中的位置，確定機床運動部件的位置及其運動范圍。統(tǒng)一規(guī)定數控機床坐標系各軸的名稱及其正負方向，可以簡化程序編制，并使所編的程序具有互換性。 數控機床上的坐標系是采用右手直角笛卡兒坐標系，大拇指的方向為X軸的正方向，食指為Y軸的正方向，中指為Z軸的正方向，如圖1-13所示。 工件原點位置是由操作者自己設定的，它在工件裝夾完畢后，通過分中與對刀確定。它反映的是工件與機床原點之間的距離位置關系。工件坐標系一旦固定，一般不再改變，如圖1-14所示。 機械原點 工件原點 圖?1-13 右手直角笛卡兒坐標系 圖?1-14 數控加工原點坐標位置 1.4.4 工件的裝夾、校正 工件在進行銑削加工之前，必須準確可靠地裝夾在機床上，用來確定工件在機床上的位置點、線或面，稱為定位基準。因為點或線一般由具體的表面體現，所以工件上的定位基準又稱定位基準面。 裝夾是指將工件在機床上或夾具中定位、夾緊的過程，可采用虎鉗或加底板抽螺絲等方式裝夾。裝夾時首先將標準墊塊放在虎鉗口，并放入工件，接著輕輕鎖緊工件，然后通過百分表或千分表校正工件的水平和垂直位置，然后再鎖緊工件，最后再復核一次工件有沒有移位。 在確定定位基準與夾緊方案時應注意如下3點： （1）力求設計、工藝與編程計算的基準統(tǒng)一。 （2）盡量減少裝夾次數，盡可能做到在一次裝夾定位后就能加工出全部待加工的部位。 （3）夾具要開暢，其定位、夾緊機構不能影響加工中的走刀，避免刀具與夾緊機構碰撞。遇到此類情況時，可采用用虎鉗或加底板抽螺絲的方式裝夾。 1.4.5 設置加工銑削參數 1．銑削用量 銑削參數作為數控加工中的主導關鍵之一，其設置的可靠與否直接影響到加工效率、刀具壽命或零件精度等問題。在數控加工過程中，可在人機交互狀態(tài)下即時選擇刀具和確定銑削用量。因此，編程人員必須熟悉刀具的選擇方法和銑削用量的確定原則，從而保證零件的加工質量和加工效率，充分發(fā)揮數控機床的優(yōu)點，提高企業(yè)的經濟效益和生產水平。合理選擇銑削用量的原則如下： （1）粗加工時，為提高效率，在保證刀具、夾具和機床強度鋼性足夠的條件下，銑削用量的選擇順序是：先把銑削深度選大一些，其次選取較大的進給量，然后選適當的銑削速度。當加工余量小，銑削深度不可能大時，可適當增加進給量。當銑削材料表面有硬皮層（如鑄鐵），一次銑削深度應超越硬皮層厚度，使刀具在首次銑削時刀刃不易磨損，避免刀具與材料硬皮層直接接觸時產生崩刀現象。銑削有色金屬時，材料塑性韌性較好，硬度較低，銑削用量可適當選大，如主軸轉速可選較大值，但進給速度不可太大，否則紫銅材料易產生粘刀現象。 （2）精加工時，加工余量小，為了保證工件的表面光潔度，盡可能增加銑削速度，這時進給量可適當減少。銑削用量可根據加工余量和零件的技術要求而定。 （3）高速銑削是采用硬質合金刀，在很高的轉速下，利用銑削中產生的高溫（600~1000℃），使工件加工表面軟化，而又能充分發(fā)揮刀具銑削性能的一種高效加工方法。高速銑削時，應根據具體牌號來確定銑削用量。 2．主軸轉速 表示主軸轉動速度，單位為r/min?？筛鶕毒咧睆酱笮?、刀具材料、零件材料等情況設定。計算公式為： 設置主軸轉速一般應遵從下列幾點原則： （1）刀具直徑越大，為使每刀齒的銑削完全，設置主軸轉速應越低。 （2）刀具直徑越小，為保證刀具的鋼性，設置主軸轉速應越高。 （3）刀具材料越硬，為避免刀具刀齒受過慢速度影響，沖擊刀具，設置主軸轉速應越高。 （4）銑削材料塑性越大，例如紫銅電極加工，主軸轉速應越高。 （5）銑削材料硬度大，塑性韌性越小，主軸轉速應越低。 根據經驗，高速鋼Φ3~16的直徑刀具，一般設置主軸轉速為500~1800r/min；硬質合金刀具為1500~3000r/min（高速加工除外）。 數控機床的控制面板上一般備有主軸轉速修調（倍率）開關，可在加工過程中對主軸轉速進行整倍數調整。 如果選擇的是著名廠家生產的刀具，例如東芝、日立、三菱、SECO、山特維克等刀具或一些特殊功能的刀具，主軸轉速可以參考廠商提供的銑削用量計算公式，進行其刀具主軸轉速參數值的計算。 （6）銑削速度 銑削速度指刀具銑削材料時的速度，單位為m/min。 銑削速度應根據零件的加工精度和表面粗糙度要求，以及刀具和工件材料來選擇。銑削速度的增加也可以提高生產效率。加工表面粗糙度要求低時，銑削速度可選擇大些；加工材料硬度較高時，可選擇較慢的速度。 在模具加工過程中，銑削速度的編程設定值一般比實際加工的速度要大，使實際加工速度調整范圍值較大。因為實際加工速度可通過機床控制面板上的修調（倍率）開關進行人工調整，在實際加工時如果遇到空刀加工，速度可以調整快一些，提高空刀行進速率，但是最大進給速度要受到設備剛度和進給系統(tǒng)性能等的限制。 銑削速度參數直接影響加工表面質量，通常看加工情況來判斷是否設置合理，一是看材料，看切落的鐵屑是否為片狀，顏色與毛坯是否相仿，如若相仿則設置合理。二是聽聲音，聲音正常，沒有工件振動聲響則為合理。若出現顆粒、粉末、成紫色、紫紅色，表示銑削用量不合理或過大，但硬質合金材料除外。 1.4.6 生成刀軌并檢驗刀軌 在PowerMILL加工系統(tǒng)中生成刀具路徑而產生的刀軌，可以明顯地反映刀具的方向和銑削部位，通過碰撞功能，還可以檢驗夾具碰撞、刀具的有效長度和增加到不發(fā)生碰撞所需的最小刀具長度。 1．生成刀軌 生成刀軌是指通過路徑軌跡反映模型零件的銑削位置（刀具的移動軌跡）。PowerMILL系統(tǒng)為刀軌的生成提供了顏色的區(qū)分，使用戶可以清晰地了解到模型零件上各個位置的銑削情況，并能有效地防止過切或撞刀的發(fā)生，用戶可以通過如圖1-15所示的刀軌查看其銑削位置。 圖?1-15 查看刀軌 2．檢驗刀軌 使用PowerMILL 7.0中的碰撞檢查功能可探測出刀具夾持或刀桿距工件距離是否小于間隙值范圍，可對激活的刀具路徑進行碰撞檢查。 對激活的刀具路徑進行碰撞檢查時，PowerMILL 7.0將在屏幕上顯示出最大的碰撞深度并將刀具路徑分割成兩個部分，如圖1-16所示。其中一部分是沒有碰撞的刀具路徑部分，而另一部分則是在不改變刀具長度的情況下會發(fā)生碰撞的刀具路徑部分。會發(fā)生碰撞部分刀具路徑的刀具長度將會自動增加到不發(fā)生碰撞所需的最小刀具長度，因此對任何刀具路徑而言都不會發(fā)生碰撞。 原刀具路徑 分割后刀具路徑 圖?1-16 顯示碰撞深度和分割刀具路徑 1.4.7 NC后處理與創(chuàng)建車間工藝文件 對于NC后處理格式，一般的用戶有3個層次的需求： （1）PowerMILL自帶的后處理中有適合自己機床要求的，不需要修改、增刪代碼。 （2）沒有適合的，需要改寫后處理。 （3）機床的代碼格式完全與普通代碼格式不同，需建立全新的后處理。 車間工藝文件也就是數控加工程序單，是編程人員與機床操作員之間的交流平臺。當編程人員編完一個模型零件的程序后，應在數控加工程序單上填寫文件編號、日期、程序名、刀具類型、裝夾長度、加工方式、余量和分中方式等參數，但一些特殊的工藝要求還需要編程人員與機床操作員相互交流，以求達到共識。數控加工程序單的具體要求如表1-9所示。 表1-9 數控加工程序單 文件編號： 日 期： 年 月 日 編程員： 裝夾方式： ￡ 虎鉗 ￡ 碼板 ￡ 專用夾具 ￡ 其他 序號 程序名 刀 具 加工方式 加工余量 備注 直徑 圓角半徑 裝夾長度 類型 壁余量 底部余量 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 安裝示意圖： 取數基準： ￡ 四邊分中 ￡ 基準邊 材料尺寸： 材料類型 操作員 機床編號 加工開始時間 加工完成時間 圖形存檔 程序存檔 1.5 學習回顧 本章主要介紹了數控編程加工的入門知識，包括數控加工特點與工藝、加工類型與參數的確定、數控加工銑削刀具和數控編程的一般操作流程。通過本章的學習，讀者應該能夠運用PowerMILL軟件進行數控加工編程和定制加工工藝。 學習本章應該重點掌握PowerMILL數控加工的一般過程和基本參數的設置。同時，學習本章內容是為了學習后面的內容做鋪墊，讀者應該將本章所學內容融會貫通到其他章節(jié)的學習內容上，達到學以致用的目的。 1.6 練習題 （1）數控加工銑削刀具類型有幾類？ （2）數控加工的一般操作流程包括哪些內容？ （3）分析模型加工工藝步驟。 （4）合理安排刀具的一般原則有哪些？