數控銑削加工進刀方式的探討

本文對數控鐵削加工中的輪廓加工、挖槽和型腔加工等不同加工類型進刀方式的選擇作了有針對性的說明和總結，通過分析各種進刀方式的特點和適用性，給出了提高加工效率和零件表面質量的措施.對于實際生產具有較強的指導作用。

數控加工對加工工藝有著特殊的要求。數控加工中對工藝問題處理得好壞，將直接影晌數控加工的質量和效率。國內的一些科研人員對數控加工的工藝進行了探討，但對于銑削進刀方式的選擇未見單獨報道。而在各種型面的數控銑削中，合理地選擇切削加工方向、進刀切入方式是很重要的，因為兩者將直接影響零件的加工精度和加工效率。

本文以數控加工中最常用的自動編程軟件CAXA和MasterCAM為例(其他軟件相類似，可做參考)，通過分析數控銑削加工中各種進刀方式的特點和適用性，圍繞在自動編程中如何正確選擇進刀方式的主題進行探討，以達到提高加工效率，改善零件表面質量的目的。

一、輪廓加工中的進刀方式

1.法線進刀和切線進刀

輪廓加工進刀方式一般有兩種:法線進刀和切線進刀，如圖1所示。由于法線進刀容易產生刀痕，因此一般只用于粗加工或者表面質量要求不高的工件。法線進刀的路線較切線進刀短，因而切削時間也就相應較短。

圖1 法線進刀與切線進刀方式

在一些表面質量要求較高的輪廓加工中，通常采用加一條進刀引線再圓弧切入的方式，使圓弧與加工的第一條輪廓線相切，能有效地避免因法線進刀而產生刀痕，如圖2所示。而且在切削毛坯余量較大時離開工件輪廓一段距離下刀再切入，很好地起到了保護立銑刀的作用。

圖2 圓弧切入的方式

需要說明的是:在手工編寫輪廓銑削程序時為了編程的方便，或者為了彌補刀具的磨損，常常采用刀補方式進行編程，即在編程時可以不考慮刀具的半徑，直接按圖樣尺寸編程，再在加工時輸入刀具的半徑(或補償量)至指定的地址進行加工。但要注意切入圓弧的R值需大于所使用的刀具半徑r，否則無法建立補償而出現報警，如圖3所示。至于進刀引線的長短則要根據實際情況計算，但要注意減少空刀的行程。

圖3 切入與刀補的建立

2.非典型輪廓加工中的進刀方式

在對于一些非典型輪廓的加工，采用切線進退刀的同時，還應沿輪廓走多一個重疊量L，可以有效避免因進刀點和退刀點在同一位置而產生的刀痕。重疊量L一般取1~2mm即可，如圖4所示。

圖4 切削重疊量

二、挖槽和型腔加工中的進刀方式

對于封閉型腔零件的加工，下刀方式主要有垂直下刀、螺旋下刀和斜線下刀三種，下面就如何選擇各下刀方式進行說明。

1.垂直下刀

(1)小面積切削和零件表面粗糙度要求不高的情況

使用鍵槽銑刀直接垂直下刃并進行切削。雖然鍵槽銑刀其端部刀刃通過銑刀中心，有垂直吃刀的能力，但由于鍵槽銑刀只有兩刃切削，加工時的平穩性也就較差，因而表面粗糙度較n;同時在同等切削條件下，鍵槽鐵刀較立鐵刀的每刃切削量大，因而刀刃的磨損也就較大，在人面積切削中的效率較低。所以，采用鍵槽銑刀直接垂直下刀并進行切削的方式，通常只用于小面積切削或被加工零件表面粗糙度要求不高的情況。

(2)大面積切削和零件表面粗糙度要求較高的情況

大面積的型腔一般采用加工時具有較高的平穩性和較長使用壽命的立銑刀來加工，但由于立銑刀的底切削刃沒有到刀具的中心，所以立銑刀在垂直進刀時沒有較大切深的能力，因此一般先采用鍵槽銑刀(或鉆頭)垂直進刀后，再換多刃立銑刀加工型腔。在利用CAM軟件進行編程的時候，一般都會提供指定點下刀的選項。如圖 5所示的CAXA制造工程師里的“區域式粗加工”中的“接近點和返回點”選項，指的就是從指定點下刀或退刀。在MasterCAM里的“挖槽 (Pocket )”二維加工中雖然沒有指定下刀點下刀的選項，但在選擇一個指定點后，再選擇加工區域，則系統會自動從選擇的指定點下刀;而在曲面粗加工“挖槽粗加工”方式中，則在粗加工參數(Rough parameters)設置頁有相應的選擇項，如圖6所示。

圖5 CAXA指定點下刀或退刀選項

對于其他方式的曲面粗加工，一般都可以在參數設置中找到相應的選項。

圖6 MasterCAM指定點下刀或退刀選項

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2.螺旋下刀

螺旋下刀方式是現代數控加工應用較為廣泛的下刀方式，特別是模具制造行業中應用最為常見。刀片式合金模具銑刀可以進行高速切削，但和高速鋼多刃立銑刀一樣在垂直進刀時沒有較大切深的能力。但可以通過螺旋下刃的方式(圖7所示)，通過刀片的側刃和底刃的切削，避開刀具中心無切削刃部分與工件的干涉，使刃具沿螺旋朝深度方向漸進，從而達到進刀的目的。這樣，可以在切削的平穩性與切削效率之間取得一個較好的平衡點。

圖7 螺旋下刀方式

在CAXA中，螺旋下刀方式設置選項主要有4項:半徑、螺距、第一及第二層以后螺旋進刀高度，如圖8所示。螺旋半徑的大小一般情況下應大于刀具直徑的 50%，但螺旋半徑過大，進刀的切削路程就越長，下刀耗費的時間也就越長，一般不超過刀具直徑的大小，螺距的數值要根據刀具的吃深能力而定，一般在 0.5~1之間:第二層進刀高度一般等于第一層下刀高度減去慢速下刀的距離即可。

圖8 CAXA螺旋下刀選項

在MasterCAM中，則對螺旋下刀方式作了更人性化和更細致的設定(如圖9所示)，如給定一個螺旋半徑大小的范圍，系統可以根據工件的形狀自動去判斷和選擇最為合適的土徑去下刀;X,Y方向安全距離可以更好地避免下刀時造成的干涉現象的發生;還有在螺旋下刀時是采用Z向還是水平方向的進刀速率，以及螺旋下刀失敗時是改為垂直進刀還是中斷程式等。和CAXA相比，MasterCAM不是用螺距而是用螺旋升角來設置刀具運動一周后沿Z軸切深的距離的。螺旋升角選取得太小，螺旋圈數增多，切削路程加長;升角太大，又會產生過大的端刃切削，一般取3°~10°之間為宜。

圖9 MasterCAM螺旋下刀選項

螺旋下刀也有其固有的弱點，比如切削路線較長、在比較狹窄的型腔加工中往往因為切削范圍過小無法實現螺旋下刀等，所以有時需采用較大的下刀進給或鉆下刀孔等方法來彌補，所以選擇螺旋下刀方式時要注意靈活運用。

手工編寫螺紋下刀程式比較繁瑣，在華中21M或22M系統中可利用G02/G03螺旋進給指令(詳見21M世紀星銑削數控裝置編程說明書第24頁)來實現。但一般在手工編程過程中不常用螺旋下刀。

3.斜線下刀

斜線下刀時刀具快速下至加工表面上萬一個距離后，改為以一個與工件表面成一角度的方向，以斜線的方式切入工件來達到Z向進刀的目的，如圖10所示。斜線下刀萬式作為螺旋下刀方式的一種補充，通常用于因范圍的限制而無法實現螺旋下刀時的長條形的型腔加工。

斜線下刀主要的參數有:斜線下刀的起始高度切入斜線的長度、切入和反向切入角度。起始高度一般設在加工面上方0.5~1mm之間;切入斜線的長度要視型腔空間大小及銑削深度來確定，一般是斜線愈長，進刀的切削路程就越長;切入角度選取得大小，斜線數增多，切削路程加長;角度太大，又會產生不好的端刃切削的情況，一般選5°~200°之間為宜。通常進刀切入角度和反向進刀切入角度取相同的值。

圖10 切入和反向切入角度

在CAXA中，將斜線下刀方式分解成兩種類型:Z字型和傾斜線，如圖11所示。一般一次切深較大的情況下選用Z字型的方式;因為傾斜線下刀方式是通過下刃距離和角度自動計算出走刀斜線的長度的，所以使用時要特別注意角度值的設置。

與CAXA斜線下刀方式沒置的簡潔實用相比，MasterCAM對斜線下刀方式設置選項突出了人性化的特點(如圖12所示)，比如限定斜線的長度范圍、設置X、Y方向安全距離避免與加工輪廓的干涉，還有在斜線下刀時是采用Z向還是水平方向的進刀速率，以及斜線下刀失敗時是改為垂直進刀還是中斷程式，X、Y 向角度可自動計算......

圖11 CAXA斜線下刀參數設置

圖12 MasterCAM斜線下刀參數設置

三、結論

綜上所述，正確理解數控銑削加工中各種進刀方式的特點和適用范圍，同時在編程中設置合理的切削參數，對提高加工效率及零件表面質量，如避免接刀痕、過切等現象的發生以及保護刀具等都有重要的意義。

其他常用自動編程軟件，如UG, Cimatron, PowerMILL等，其進刀方式的選擇和進刀切ail參數的設置與本文所厭軟件基本相類似，這里就不再贅述了。編程者可結合銑削的工藝性等問題根據具體情況去選擇合適的進刃方式，在生產實踐中加以靈活變通和應用。