三轴数控铣削加工的进刀方式与应用

1 引言

　　数控加工是现代制造的重要组成部分，在数控铣削中有很多不同于普通铣削的加工工艺，如何进刀切削就是其中之一。毛坯的粗加工、零件表面精加工以及高速铣削采用不同的进刀方式对刀具寿命、工件精度及加工效率至关重要。下面结合一些流行的CAD／CAM软件探讨一下三轴数控铣削加工的进刀方式与应用。

2 垂直进刀方式及应用

　　在普通铣床上加工一个封闭的型腔零件时，因为立铣刀的端部切削刃没有通过铣刀中心，故一般是在零件的实体上先钻一个孔，然后再用多刃立铣刀来加工型腔轮廓。数控铣削的垂直进刀方式既继承了这种传统的垂直进刀工艺，目前还发展了几种解决立铣刀没有较大切深垂直进刀能力的方法：螺旋进刀、斜线进刀和智能进刀。

　　(1)预钻孔垂直进刀

　　这是继承普通铣削的一种垂直进刀方式，现在很多流行的CAD／CAM软件都具有此进刀方式，如Maste以AM中可通过【Toolpatchs】【su血ce】【Rough】【Pocket】功能(选中mign plunge entries for stan holes参数)和【Toolpatchs】【circ tlpts】功能配合使用来实现；Cimatron中通过【wcuT】功能㈨(选中OPTIMIZED ENTRY PNT和打开CREAT ENTRY PNT选项) 和【DRILL】配合来实现；在UG中，既可应用【control Points】【Pre—Driu Engage Points】使得刀具按指定点位置垂直进刀，也可由系统自动产生进刀点位置，从而由产生的进刀点预钻孔垂直进刀。

　　(2)螺旋进刀

　　螺旋进刀是刀具作螺旋线运动，以避开刀具中心无切削力，靠铣刀的侧刃逐渐向下切削而实现向下进刀，这主要用在型腔空间足够作螺旋线运动的情况下。

　　控制螺旋进刀的关键参数是最大螺旋半径、最小螺旋半径和螺旋进刀角度。最小螺旋半径是为了防止下刀顶刀的，其值不能小于刀具中心无切削力部分的半径；进刀角度过大会产生不好的端刃切削，过小则螺旋圈数偏多，切削量偏少，切削时间长，一般选5～15度之间。现在CAD／CAM软件均具螺旋进刀有此种进刀方式，如在MasterCAM【Toolpatchs】【P0cket】或【Toolpatchs】【Surface】【Rou酶】【Pocket】中选中进刀选项中的Entryhelix、在cimatmn【Pocket】或【wcuT】的加工参数表中设RAMP ANGLE(螺旋进刀角度)参数值大于0后，就可以产生螺旋进刀方式；而在UG中，在进刀方法为自动的前提下，设置【Ramp Type】【Helical】可实现螺旋进刀。

　　(3)斜线进刀

　　斜线进刀是刀具作向下的斜直线运动，靠铣刀的侧刃逐渐向下切削而实现向下进刀。这主要用在型腔空间窄而长不能作螺旋进刀的情况下，控制斜线进刀的斜线进刀键参数是进刀斜线与XY平面的夹角、斜线在XY平面的投影与X轴的夹角。很多CAD／CAM软件提供了此进刀方式，如M8sterCAM、UG，在MasterCAM中斜线进刀的使用方法与螺旋进刀相类同，而UG提供了【Ramp Type】【On times】和【On Shape】两种进刀移动方式给用户选用，后者产生的移动路径跟随型腔形状而作变化。

　　(4)智能进刀

　　这是一种由CAD／CAM软件根据工件的特征智能判断与选择最佳方法进刀的进刀方式。当切削侧壁缺口台阶面以上的坯料时，采取毛坯外垂直进刀，切削侧壁缺口台阶面以下区域的坯料时，采取螺旋进刀或斜线进刀。这在MasterCAM【Toolpatchs】【suface】【Rough】【Pocket】功能中同时选中进刀选项中的Entnrhelix 和Plunge outside containment boundary 两参数就会产生此进刀方式，在UG中，若使用【Follow Part】切削方式，并且进刀方法为自动的前提下，可产生此类进刀路径。

3 水平进刀方式及应用

　　为了改善铣刀开始接触工件表面时的状况，在数控加工中水平进刀的方式目前有以下两种。

　　(1)法向迸刀刀具沿着被加工表面的法向以直线运动进刀切蒯，这种进刀方式产生的进刀痕较为严重，一般用于粗加工。

　　(2)切向进刀

　　刀具沿着被加工表面的切向以直线或圆弧运动进刀切削，这种进刀方式产生的进刀痕较为轻微，多用于精加工。

4 曲面精加工的进刀方式及应用

　　(1)常用的进刀方式

曲面精加工的进刀方式比较丰富，如Cimatron中有7种，常见的有垂直进刀、法向进刀、切向进刀和切向反向进刀等，切向反向进刀一般用在切向进刀空间不够的情况下。

　　(2)层间进刀

　　当采用等高的精加工方式时，切削层之间的进刀方式有垂直进刀、沿曲面表面进刀等，如图7所示为MasterCAM层间进刀方式。在UG中，当需要刀具直接在工件表面进刀时，可使用【Level to IJeVel】【Ramp on Part】或者【staggerRamp on Part】产生倾斜的移动以避免出现明显的刀痕现象。

　　此时应注意控制迸刀痕的位置，这在MasterCAM中可通过Prompt for starting point参数控制，在UG中可通过【Control Points】【Cut Region Stan Points】设置开始切削点位置。

5 高速铣削的进刀方式

　　由于高速铣削加工过程中刀具运动的速度很快，这就要求刀具运动轨迹光滑、平顺、稳定，避免突然变向和速度的突然变化。高速铣削中的进刀方式主要有层间进刀与行间进刀方式，Cimatron中提供了较丰富的选择，如图10与图11所示；UG则通过设置非切削参数可产生简洁而光顺的、适用于高速切削的进刀移动路径，；MasterCAM中的层间进刀方式。

6 结束语

　　以上介绍了三轴数控铣削加工的进刀方式与应用，只有深入了解数控铣削与普通铣削加工工艺的不同，充分掌握数控铣削的各种进刀工艺，才能使数控铣削加工技术在生产当中得以更深入的应用，满足现代工业生产的需要。