數控銑削加工編程與工藝策略

高雙虎

（陜西凌云電器集團有限公司，陜西 寶雞 721006）

在數控機床上加工零件，編程之前首先考慮的就是工藝問題。因此，加工中的所有工序、工步、每道工序的切削用量、走刀路線、加工余量，以及所用刀具的尺寸、類型等都要預先確定好并編入程序中。編程之前必須先進行工藝決策，工藝決策是數控編程的依據和前提，它決定零件加工程序的正確性及合理性，而且直接影響零件的加工質量。

1 加工階段的劃分

1.1 粗加工階段

粗加工一般稱為區域切除。在此加工階段中，應該在公差允許范圍內盡可能多地切除材料。比較典型的區域切除方式是等高切面，即在毛坯上沿著高度方向等距離劃分出數個切削層，每次切削一個層面的毛坯余量。粗加工階段的主要任務是切削掉盡可能多的余量，精度保障不是主要目標，因此，在粗加工階段，一般選用圓柱立銑刀進行加工。選擇圓柱立銑刀的原因是它的圓柱面和端面都有切削刃，它們可同時進行切削，切削效率高。除了考慮切削角度外，選擇刀具的主要參數是刀具直徑。刀具直徑的選擇原則：一是銑刀半徑RD應小于零件內輪廓面的最小曲率半徑Rmin，一般取RD=（0.8-0.9）Rmin。二是零件的加工高度H＜（1/6-1/4）RD，以保證刀具有足夠的剛度。同時在粗加工階段一般采用行切方式進行切削，產生區域清除刀具路徑。行切法也稱為平行切削加工，它是指刀具以平行走刀的方式切削工件，可以選擇單向或往復兩種方式，并且可以指定角度，角度指生成的刀位行與X軸的夾角。行切方式可以靈活地設定加工角度，以最合適的角度對工件進行加工。在粗加工時，行切法加工具有很高的效率，一般其切削的步距可以達到刀具直徑的70%～90%。

圖1 行切加工示意圖

1.2 精加工階段

對于復雜的曲面加工，我們可以把加工階段進一步劃分成半精加工和精加工兩個階段，或只劃分成一個精加工階段。精加工階段的主要任務是滿足加工精度和表面粗糙度要求，而加工余量是非常小的。如果是曲面銑削，一般選取球頭銑刀。球頭銑刀在切削過程中，被加工曲面與銑刀球面的公法線經過銑刀球面的球心，使干涉過切現象易于監測，切削運動軌跡易于控制，因此在復雜的曲面數控加工中，得到廣泛的應用。

除了刀具角度外，球頭銑刀的主要刀具參數就是球頭直徑參數。精加工階段可以采用行切方式，也可以采用環切方式。環繞切削也稱為環切法加工，環繞式的加工方式是以繞著輪廓的方式清除材料，并逐漸加大輪廓，直到無發放大為止。這樣可減少提刀次數，提高銑削效率。使用環繞切削方法，生成的刀具軌跡在同一層內不抬刀，并且可以將輪廓及島嶼邊緣加工到位。

2 銑削加工類型

根據不同的加工對象，銑削加工類型是不同的，基本上可以劃分為以下四種情況。

2.1 點位加工

在點位加工中，刀具從一點到另一點運動時不切削，各點的加工順序一般也沒有要求，只根據最少換刀次數原則及路線最短原則，確定加工路線，生成刀具運動軌跡。零件中孔的加工就屬于點位加工，它包括鉆孔，擴孔，鏜孔，攻絲等操作。

圖2 環切加工示意圖

2.2 平面輪廓加工

平面輪廓零件的輪廓多由直線、圓弧和曲線組成，選用兩軸連動的數控銑床即可加工。加工時一般采用環切方式，即刀具沿著某一固定的轉向圍繞工件輪廓作環形運動。最終一環刀具的運動軌跡是工件輪廓的等距曲線，即將加工輪廓線按實際情況向左或向右偏一個刀具半徑。輪廓精加工編程時采用刀具半徑補償功能，直接按輪廓軌跡編程，并且選為順銑切削模式。

2.3 型腔加工

二維型腔是指以平面封閉輪廓為邊界的平底直壁凹坑，二維型腔加工的一般過程是：沿輪廓邊界留出精加工余量，先用平底端銑刀用環切或行切法走刀，銑去型腔的多余材料，再沿型腔底面和輪廓走刀，精銑型腔底面和邊界外形。型腔加工有兩種方式：一種是環切方式，另一種是行切方式。型腔的環切方式與平面輪廓的環切方式相似，刀具基本上是做與工作輪廓等距離的環形運動，逐步接近工件，最后一環是沿工件輪廓向左或右偏離一個刀具半徑的曲線。行切方式，刀具可以按S形或Z形方式走刀，當型腔較深時，則要分層進行粗加工，這時還需要定義每一層粗加工的深度以及型腔的實際深度，以便計算需要分多少層進行粗加工。

2.4 曲面加工

用于加工具有三維曲面輪廓的零件，采用三坐標或三坐標以上連動的數控機床或加工中心加工。曲面加工比較復雜，根據加工精度、表面粗糙度要求，曲面加工需要經歷粗加工、半精加工、精加工等加工階段，每個階段的切削方式是不同的。根據曲面形狀的差異，切削方式也是不一樣的。平行式主要用于凸形和凹形工件的加工。徑向式切削適合圓形工件，沿圓工件的中心產生徑向刀具路徑。挖槽式用于型腔類工件。等高外形式適用于凸形和凹形坡度較陡的工件。使用等高外形加工時，可能在工件頂部或曲線處無法切削到，以致留下一些刀痕，可以用淺平面加工加以清除。曲面間交角處的殘屑可用交線清角式清理。殘屑清除式主要清除在以前的加工區，用較大的銑刀銑削時所剩下的余屑材料。

3 數控銑削編程工藝要點

3.1 集中加工工序

數控銑削經常采用工序集中加工方式，盡可能減少裝夾次數，減小重復定位誤差。在一次裝夾下，要完成粗、半精和精加工，合理地安排各工序的加工順序，有利于提高加工精度和生產效率。

3.2 采用分層銑削

先粗銑去除余量，然后再精銑。在粗加工時可以采用較大的切削用量，在精加工時則采用較小的切削用量和較高的主軸轉速。在粗、精加工階段可以編制不同的刀具路徑。

3.3 多點工件夾持

在裝夾時對工件的多個部位進行夾持，應注意既要保持工件裝夾的穩定性，又要考慮到不影響加工中的走刀、進退刀、換刀和中間測量。

3.4 優化加工路線

盡量減少進、退刀時間和其他輔助時間；銑削零件輪廓時，盡量采用順銑方式，以提高表面精度；進、退刀位置應選在不太重要的位置，并且使刀具沿零件的切線方向進刀和退刀，以免產生刀痕；先加工外輪廓，再加工內輪廓。

3.5 合理選擇切削用量

合理地選擇切削用量，不但可以提高切削效率，還可以提高零件的表面精度。選擇切削用量的原則：粗加工時，一般以提高生產率為主，但也應考慮經濟性和加工成本；半精加工和精加工時，應在保證加工質量的前提下，兼顧切削效率、經濟性和加工成本，影響切削用量的因素有機床的剛度、刀具的使用壽命、工件的材料和切削液。切削用量的具體數值應根據機床說明書、切削用量手冊，并根據實際經驗確定。

總而言之，在生產加工時，對于不同的零件必須根據它的形狀特點、工件的材料、加工的精度和表面粗糙度要求來選擇最佳的加工方法，合理劃分加工階段，選擇合適的加工刀具，確定最優的切削用量，計算合理的毛坯尺寸與形狀，確定合理的走刀路線，最終編制出高質量的數控加工程序，以提高數控加工的質量和效率，并降低生產和加工的成本。

［1］許祥泰,劉艷芳.數控加工編程實用技術[M].北京:機械工業出版社,2000.

［2］鄧弈,蘇先輝,肖調生.Mastercam數控加工技術[M].北京:清華大學出版社,2004.

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