采用先进的刀具路径提高加工性能

　

在大部分cad/cam系统中都提供摆线式刀具路径的加工功能，但很少有人使用，有的时候甚至没有人知道。采用摆线式刀具路径和混合型摆线刀具路径可以方便地加工特殊材料。

　　定义和优点

　　摆线式刀具路径实际上是与一个圆连接的很多曲线，沿着一条直线或轨迹滚动。

　　1.热量

　　采用摆线路径的加工方法，可以使热量的积聚减少到低限度。对难以加工的合金来说，加工时控制热量是极为重要的，可以保证刀具稳定的加工性能。热量的聚积将会使刀具的使用寿命大幅度下降，这是刀具发生故障的一个主要原因。采用摆线式刀具路径之所以能够减少热量，是因为弯曲的路径可以使刀尖与材料之间的接触弧度减少到低。在切削中，采用较小的刀具和弧度，可以使刀具与材料的接触量减到低。

　　2.速度

　　采用摆线式刀具路径还有其他一些优点。由于其热量降到低，因此可以采用更快的sfm速度来切削加工材料。有了摆线式路径加工法，可以在z轴方向上加大刀具的吃刀深度。一般来说，z轴上的切削深度可达到刀具直径的2倍。在大多数情况下，摆线式刀具路径用于加工插槽。可以使用摆线式路径来创建加工凹槽，但是在加工凹槽时，会发生一些刀具运动的浪费现象，要使刀具与材料的接触量降到低，并不需要弧形的加工路径。

　　通常，使用的刀具约是槽宽的50%~62%。在这个范围内，可以尽量使接触弧度减少到足够低的限度，并利用其所增加的转速和z轴上的切削深度。径向跨步量的大小（在x、y轴方向上）取决于材料的特性，但应在刀具直径的2%~10%范围内。这种轻量级的切削加工允许采用更高的转速和进给速度，使加工达到很高的生产率，而且不会增加热量（图1）。

　　3.刀具的选用

　　一般会选用直径较小的刀具，以降低刀具的成本和减少生产的整体开支。如果想要确保所选用的刀具适于这类的切削加工，那么它必须是专门设计的，不但要适于摆线式切削，而且还要适用于所切削加工的材料。对于高性能的加工而言，刀具采用适当的涂料、材料基质和几何形状是必不可少的。

　　4.软件

　　今天，cad/cam软件系统中已采用了摆线式刀具路径加工法，甚至还有了进一步的发展。不仅使用了典型的摆线路径，还控制了与材料接触面之间的弧度。从本质上来说，即使进入到圆角或其他复杂的几何形状时，接触量基本上也没有增加。

　　该刀具在圆角上的加工与其在直线上的切削加工基本上是一样的，这有助于消除表面光洁度和精度的变化。当工件的几何形状变化时，刀具仍然保持恒定压力。

　　一般来说，在直线加工（剖面加工）中，如果使用的是10%的径向跨步，那么其接触弧度为37，但是当碰到一个圆角时，该角度就会增加到127（图2）。与材料表面接触时产生的这种状况将会增加热量和刀具的压力，造成刀具使用寿命和工件加工质量出现问题。

　　在圆角处和要求比较严格的区域，一些cad/cam软件系统使用摆线型运动将混合路径合并在一起；而在更加开放的部分，则使用传统的刀具路径。对编程人员来说这意味着什么呢？这意味着刀具的预期使用寿命更长，加工零件的质量更加稳定。

　　采用这些新的混合型刀具路径可以轻松地编制出零件的加工程序。您所需要做的事情就是输入典型的信息和理想的径向跨步距离，cad/cam系统将会处理其余部分，并控制其与材料接触面的角度。

　　测试案例

　　几个试件的编程已被投入到了实际使用中。第一个工件是一个6in×4in×(10.5~1in)的6al4v钛合金块(1in=25.4mm，下同)，采用一把直径为0.5in的6排屑槽刀具加工，其进给速度为75in/min和400sfm，其径向切削宽度为0.050in（10%）和轴向深度为1in（2倍）。整个零件由整块材料加工而成，加工时间为15min。

　　在加工铝材时也采用了相同的编程方法，并采用了一把直径为0.5in的3排屑槽刀具，它具有减少铝材颤振功能的几何形状。这个零件的切削加工速度为14000r/min和336in/min。整个6in×4in×（0.5~1in）的零件在1.5min的时间内完成加工。在刀具切削圆角时，没有出现刺耳的声音或振动现象，因为即使在圆角的地方，刀具仍然保持着同样的接触面（图3）。

　　在另一个应用实例中，插槽是在一种经过淬火处理的木锉上切削加工的，采用一把直径为3/8in和专门用于切削硬质工具钢的6排屑槽刀具，刀具切削零件的速度为125in/min。

　　通过使用新的编程技术，难以加工的材料就可以很容易地进行切削。采用直径较小的刀具可以使刀具与材料接触面的弧度减少到低，并且可以控制热量。许多投放到市场中的新型材料，其切削加工往往特别困难，需要根据每种不同的应用领域，采用特定几何形状的刀具。通过使用摆线式刀具路径和混合型摆线刀具路径，才可以顺利地加工这些特殊材料。