1 引言
數(shù)控加工是現(xiàn)代制造的重要組成部分，在數(shù)控銑削中有很多不同于普通銑削的加工工藝，如何進(jìn)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銑削采用不同的進(jìn)刀方式對刀具壽命、工件精度及加工效率至關(guān)重要。下面結(jié)合一些流行的CAD／CAM軟件探討一下三軸數(shù)控銑削加工的進(jìn)刀方式與應(yīng)用。
2 垂直進(jìn)刀方式及應(yīng)用
在普通銑床上加工一個封閉的型腔零件時，因為立銑刀的端部切削刃沒有通過銑刀中心，故一般是在零件的實體上先鉆一個孔，然后再用多刃立銑刀來加工型腔輪廓。數(shù)控銑削的垂直進(jìn)刀方式既繼承了這種傳統(tǒng)的垂直進(jìn)刀工藝，目前還發(fā)展了幾種解決立銑刀沒有較大切深垂直進(jìn)刀能力的方法：螺旋進(jìn)刀、斜線進(jìn)刀和智能進(jìn)刀。
(1)預(yù)鉆孔垂直進(jìn)刀
這是繼承普通銑削的一種垂直進(jìn)刀方式，現(xiàn)在很多流行的CAD／CAM軟件都具有此進(jìn)刀方式，如Maste以AM中可通過【Toolpatchs】→【su血ce】→【Rough】→【Pocket】功能(選中mign plunge entries for stan holes參數(shù))和【Toolpatchs】→【circ tlpts】?功能配合使用來實現(xiàn)；Cimatron中通過【wcuT】功能㈨(選中OPTIMIZED ENTRY PNT和打開CREAT ENTRY PNT選項) 和【DRILL】配合來實現(xiàn)；在UG中，既可應(yīng)用【control Points】→【Pre—Driu Engage Points】使得刀具按指定點位置垂直進(jìn)刀，也可由系統(tǒng)自動產(chǎn)生進(jìn)刀點位置，從而由產(chǎn)生的進(jìn)刀點預(yù)鉆孔垂直進(jìn)刀。
(2)螺旋進(jìn)刀
螺旋進(jìn)刀是刀具作螺旋線運動，以避開刀具中心無切削力，靠銑刀的側(cè)刃逐漸向下切削而實現(xiàn)向下進(jìn)刀，如圖1所示。這主要用在型腔空間足夠作螺旋線運動的情況下。
圖1螺旋進(jìn)刀
控制螺旋進(jìn)刀的關(guān)鍵參數(shù)是最大螺旋半徑、最小螺旋半徑和螺旋進(jìn)刀角度。最小螺旋半徑是為了防止下刀頂?shù)兜�，其值不能小于刀具中心無切削力部分的半徑；進(jìn)刀角度過大會產(chǎn)生不好的端刃切削，過小則螺旋圈數(shù)偏多，切削量偏少，切削時間長，一般選5～15度之間。現(xiàn)在CAD／CAM軟件均具圖1螺旋進(jìn)刀有此種進(jìn)刀方式，如在MasterCAM【Toolpatchs】→【P0cket】或【Toolpatchs】→【Surface】→【Rou酶】→【Pocket】中選中進(jìn)刀選項中的“Entry—helix”、在cimatmn【Pocket】或【wcuT】的加工參數(shù)表中設(shè)RAMP ANGLE(螺旋進(jìn)刀角度)參數(shù)值大于0后，就可以產(chǎn)生螺旋進(jìn)刀方式；而在UG中，在進(jìn)刀方法為自動的前提下，設(shè)置【Ramp Type】→【Helical】可實現(xiàn)螺旋進(jìn)刀。
(3)斜線進(jìn)刀
斜線進(jìn)刀是刀具作向下的斜直線運動，靠銑刀的側(cè)刃逐漸向下切削而實現(xiàn)向下進(jìn)刀。這主要用在型腔空間窄而長不能作螺旋進(jìn)刀的情況下，如圖2所示�？刂菩本�進(jìn)刀的關(guān)圖2 斜線進(jìn)刀鍵參數(shù)是進(jìn)刀斜線與XY平面的夾角、斜線在XY平面的投影與X軸的夾角。很多CAD／CAM軟件提供了此進(jìn)刀方式，如M8sterCAM、UG，在MasterCAM中斜線進(jìn)刀的使用方法與螺旋進(jìn)刀相類同，而UG提供了【Ramp Type】→【On times】和【On Shape】兩種進(jìn)刀移動方式給用戶選用，后者產(chǎn)生的移動路徑跟隨型腔形狀而作變化。
圖2 斜線進(jìn)刀
(4)智能進(jìn)刀
這是一種由CAD／CAM軟件根據(jù)工件的特征智能判斷與選擇最佳方法進(jìn)刀的進(jìn)刀方式。如圖3所示零件，當(dāng)切削側(cè)壁缺口臺階面以上的坯料時，采取毛坯外垂直進(jìn)刀，切削側(cè)壁缺口臺階面以下區(qū)域的坯料時，采取螺旋進(jìn)刀或斜線進(jìn)刀。這在MasterCAM【Toolpatchs】→【suface】→【Rough】→【Pocket】功能中同時選中進(jìn)刀選項中的“Entnr—helix” 和“Plunge outside containment boundary” 兩參數(shù)就會產(chǎn)生此進(jìn)刀方式，在UG中，若使用【Follow Part】切削方式，并且進(jìn)刀方法為自動的前提下，可產(chǎn)生此類進(jìn)刀路徑。
圖3 智能進(jìn)刀
3 水平進(jìn)刀方式及應(yīng)用
為了改善銑刀開始接觸工件表面時的狀況，在數(shù)控加工中水平進(jìn)刀的方式目前有以下兩種。
(1)法向迸刀刀具沿著被加工表面的法向以直線運動進(jìn)刀切蒯，如圖4所示，這種進(jìn)刀方式產(chǎn)生的進(jìn)刀痕較為嚴(yán)重，一般用于粗加工。
圖4 法向進(jìn)刀
(2)切向進(jìn)刀
刀具沿著被加工表面的切向以直線或圓弧運動進(jìn)刀切削，如圖5所示，這種進(jìn)刀方式產(chǎn)生的進(jìn)刀痕較為輕微，多用于精加工。
圖5 切向進(jìn)刀
4 曲面精加工的進(jìn)刀方式及應(yīng)用
(1)常用的進(jìn)刀方式
曲面精加工的進(jìn)刀方式比較豐富，如Cimatron中有7種，常見的有垂直進(jìn)刀、法向進(jìn)刀、切向進(jìn)刀和切向反向進(jìn)刀等，如圖6所示。切向反向進(jìn)刀一般用在切向進(jìn)刀空間不夠的情況下。
圖6 曲面精加工的進(jìn)刀方式
(2)層間進(jìn)刀
當(dāng)采用等高的精加工方式時，切削層之間的進(jìn)刀方式有垂直進(jìn)刀、沿曲面表面進(jìn)刀等，如圖7所示為MasterCAM層間進(jìn)刀方式。在UG中，當(dāng)需要刀具直接在工件表面進(jìn)刀時，可使用【Level to IJeVel】→【Ramp on Part】或者【staggerRamp on Part】產(chǎn)生傾斜的移動以避免出現(xiàn)明顯的刀痕現(xiàn)象，見圖8。
圖7 曲面精加工層間進(jìn)刀方式
圖8 層間沿工件傾斜進(jìn)刀方式
此時應(yīng)注意控制迸刀痕的位置，如圖9所示。這在MasterCAM中可通過“Prompt for starting point”參數(shù)控制，在UG中可通過【Control Points】→【Cut Region Stan Points】設(shè)置開始切削點位置。
圖9 控制進(jìn)刀痕位置
5 高速銑削的進(jìn)刀方式
由于高速銑削加工過程中刀具運動的速度很快，這就要求刀具運動軌跡光滑、平順、穩(wěn)定，避免突然變向和速度的突然變化。高速銑削中的進(jìn)刀方式主要有層間進(jìn)刀與行間進(jìn)刀方式，Cimatron中提供了較豐富的選擇，如圖10與圖11所示；UG則通過設(shè)置非切削參數(shù)可產(chǎn)生簡潔而光順的、適用于高速切削的進(jìn)刀移動路徑，如圖12所示；MasterCAM中的層間進(jìn)刀方式如圖13所示。
圖10 Cimatmn高速銑削的層間進(jìn)刀
圖11 Cimatron高速銑削的行間進(jìn)刀
圖12 UG高速切削行間進(jìn)刀路徑
圖13 MasterCAM高速銑削的層間進(jìn)刀
6 結(jié)束語
以上介紹了三軸數(shù)控銑削加工的進(jìn)刀方式與應(yīng)用，只有深入了解數(shù)控銑削與普通銑削加工工藝的不同，充分掌握數(shù)控銑削的各種進(jìn)刀工藝，才能使數(shù)控銑削加工技術(shù)在生產(chǎn)當(dāng)中得以更深入的應(yīng)用，滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的需要。
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