銑削加工如何正確選擇走刀方式

隨著現(xiàn)代制造加工技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控加工設(shè)備和其配套的CAM 系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。CAM 系統(tǒng)生成的加工刀具軌跡（即走刀方式）是控制設(shè)備加工運(yùn)作的核心，它直接影響加工工件的精度、表面粗糙度、總體加工時(shí)間、機(jī)床刀具的使用壽命等多個(gè)方面，最終決定生產(chǎn)效率。

本文通過對(duì)走刀方式的不同特點(diǎn)，及影響其選擇的部分因素的分析，并且針對(duì)銑削過程中工藝方法及走刀方式的比較，為如何選擇合適的走刀方式提供了參考依據(jù)。

一、走刀方式

1F走刀方式的基本概念

數(shù)控加工中，走刀方式是指刀具完成工件切削時(shí)的軌跡規(guī)劃方式。在對(duì)同一個(gè)零件加工中，多種走刀方式都可以達(dá)到零件的尺寸及精度要求，但加工效率卻不相同。

2F走刀方式的分類

走刀方式可化分為4類：單向走刀、往復(fù)走刀、環(huán)切走刀和復(fù)合走刀。復(fù)合走刀是前三種的混合走刀。采用單向或往復(fù)走刀，從加工策略來說都是行切走刀。因此根據(jù)加工策略的不同，走刀方式又可分為行切、環(huán)切和其他特殊方式。通常使用的是行切和環(huán)切。

行切方式加工，有利于發(fā)揮機(jī)床的最大進(jìn)給速度，同時(shí)其切削表面質(zhì)量也好于環(huán)切加工。然而，當(dāng)復(fù)雜的平面型腔帶有多個(gè)凸臺(tái)從而形成多個(gè)內(nèi)輪廓時(shí)，常常會(huì)產(chǎn)生附加的抬刀動(dòng)作， 即在刀具軌跡某處，或者為避免刀具與凸臺(tái)發(fā)生干涉，或者為使刀具回至剩余未加工區(qū)域， 就要讓刀具抬起，使之距加工平面有一定高度，再平移至另外一刀具軌跡起始處，然后繼續(xù)切削動(dòng)作。

行切加工刀具軌跡主要由一系列與某一固定方向平行的直線段組成，計(jì)算簡單。適用于簡單型腔精加工或去除大余量的粗加工。如圖1—往復(fù)行切刀軌。

環(huán)切加工中刀具沿著邊界輪廓相似的路徑走刀，由一組封閉曲線組成，能保證刀具切削零件時(shí)保持相同的切削狀態(tài)。由于環(huán)切加工是通過連續(xù)偏置構(gòu)造當(dāng)前環(huán)形軌跡圖來計(jì)算下一條環(huán)形軌跡，計(jì)算復(fù)雜且耗時(shí)。適用于復(fù)雜型腔及曲面的加工。如圖2 —環(huán)切刀軌。

圖1 往復(fù)行切刀軌

圖2 環(huán)切刀軌

二、影響走刀方式的因素

1F工件自身的形狀及幾何要素

工件自身的形狀及幾何要素包括加工域的幾何形狀、島嶼的大小和位置等方面。這是工件本身固有的特性，是屬于不可變化的因素，但卻是決定走刀方式的根本因素。

2F工藝路線

工藝路線是實(shí)現(xiàn)加工目的的直接過程，是走刀方式選擇的直接依據(jù)。工藝路線決定了加工域的先后順序，島嶼的合并及拆分，粗加工、半精加工、精加工的劃分等。實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的工藝路線有多種，這就決定了走刀方式的不同選擇。

3F工件材料

工件材料也是決定走刀方式的因素之一，工件材料是直接的加工對(duì)象，并不直接影響走刀方式，但會(huì)對(duì)刀具材料、大小、加工方式等選用產(chǎn)生影響，從而間接影響走刀方式。工件毛坯的形狀和大小等會(huì)造成工件各部分的加工余量分配是否均勻，同時(shí)對(duì)可選毛坯的工件，利用毛坯大小、形狀的不同，會(huì)改變裝夾方式、加工域的重新分配等影響加工策略，導(dǎo)致采取不同的走刀方式。

4F工件的裝夾及緊固方式

工件的裝夾及緊固方式也間接影響走刀方式，如壓板產(chǎn)生的新“島嶼”的影響，緊固力對(duì)切削用量影響而導(dǎo)致走刀方式的改變，振動(dòng)對(duì)走刀方式影響。

5F刀具的選用

刀具的選用包括刀具材料、刀具形狀、刀具長度、刀具齒數(shù)等，這些參數(shù)決定了刀具與工件接觸的面積大小和頻率，因而決定了單位時(shí)間里切削材料的體積大小和機(jī)床負(fù)荷，其耐磨程度與刀具壽命則決定了切削時(shí)間的長短。而其中對(duì)走刀方式產(chǎn)生直接影響的是刀具大?。粗睆剑?。由于選取不同直徑的刀具，會(huì)影響殘留區(qū)域的大小，造成加工軌跡的變化，導(dǎo)致走刀方式的不同。

6F加工域選擇

在銑削過程中，當(dāng)復(fù)雜的平面型腔帶有多個(gè)凸臺(tái)從而形成多個(gè)內(nèi)輪廓時(shí)，對(duì)于行切常常會(huì)產(chǎn)生附加的抬刀動(dòng)作；對(duì)于環(huán)切則會(huì)使加工軌跡加長。這種附加抬刀動(dòng)作或加工軌跡加長，則會(huì)嚴(yán)重降低切削加工的效率。因此，如何最大限度地減少這種狀況的次數(shù)就是我們所關(guān)注的一個(gè)主要問題。

把整個(gè)切削區(qū)域按加工需要分成若干子區(qū)域，分別加工各子區(qū)域，抬刀發(fā)生在各子區(qū)域之間，同時(shí)根據(jù)走刀方式對(duì)這些加工子區(qū)域合并或分割，甚至于忽略。這種不同的加工域選擇，既減少了抬刀次數(shù)又不會(huì)使加工軌跡的相對(duì)變長，同時(shí)可對(duì)新區(qū)域采用最合理的走刀方式，提高了加工效率。

三、走刀方式的合理選擇

1F基本選擇原則

選擇走刀方式時(shí)要考慮兩點(diǎn)：一是加工時(shí)間的長短，二是加工余量是否均勻。一般來說，環(huán)切方式是基于工件形狀的走刀方式，加工余量較均勻。而選用行切方式的加工余量較不均勻，若希望行切加工后留下較均勻的余量，通常需要增加圍繞邊界的環(huán)切刀軌。若忽略余量不均勻性要求，行切走刀的刀軌長度通常是比較短的；若考慮余量的不均勻性而增加環(huán)切刀軌，當(dāng)加工區(qū)域邊界較長（如多島嶼情況），則圍繞邊界的環(huán)切刀軌對(duì)總的加工時(shí)間影響比較明顯，行切刀軌一般會(huì)比環(huán)切刀軌長。行切走刀刀位容易計(jì)算，占用內(nèi)存少，但抬刀次數(shù)較多。采用環(huán)形刀軌時(shí)，則需要多次對(duì)環(huán)邊界進(jìn)行偏置并清除自交環(huán)。

2F根據(jù)外形特征選擇

工件外形特征決定了加工的走刀方式。根據(jù)加工客體的不同，可將工件簡單的分成平面形腔類和自由曲面類。平面形腔類一般采用行切方式加工，由于該類工件多為毛坯整體掏銑加工成型，如盒體、基座等零件，加工余量較大，采用行切方式有利于發(fā)揮機(jī)床的最大進(jìn)給速度，提高加工效率，同時(shí)其切削表面質(zhì)量也好于環(huán)切加工。

自由曲面類一般采用環(huán)切加工，主要是由于曲面多為鑄件或由規(guī)則形狀加工成型，余量分布不均勻，同時(shí)曲面對(duì)型面精度要求較高；其次是環(huán)切加工與行切方式相比具有良好的曲面加工特性，更能逼近曲面的真實(shí)形狀。

3F根據(jù)加工策略選擇

零件的加工常分為粗加工、半精加工、精加工三個(gè)加工階段，有時(shí)還有光整加工階段，合理劃分加工階段是保證加工精度所必須的。傳統(tǒng)加工方式因機(jī)床功能相對(duì)單一，所以工藝路線中可較明顯地看出各個(gè)階段的界線，但數(shù)控銑削加工方式下這個(gè)界線相對(duì)模糊，而且可能會(huì)有揉合的情況（如粗加工階段有精加工的內(nèi)容，精加工階段也可能有粗加工的痕跡），從保證加工質(zhì)量考慮，數(shù)控加工時(shí)加工階段的劃分也是需要的，但為了減少裝夾時(shí)間和簡化走刀動(dòng)作等，如何確定各階段的加工內(nèi)容，考慮的問題可能與傳統(tǒng)加工工藝有些不同。

粗加工的主要目標(biāo)是追求單位時(shí)間內(nèi)的材料去除率，并為半精加工準(zhǔn)備工件的幾何輪廓。故多采用行切方式或復(fù)合方式進(jìn)行層切。半精加工的主要目標(biāo)是使工件輪廓形狀平整，表面精加工余量均勻。故多采用環(huán)切方式。精加工的主要目標(biāo)是獲得幾何尺寸、形狀精度及表面質(zhì)量符合要求的工件。應(yīng)根據(jù)工件的幾何特征對(duì)內(nèi)部采用行切方式，對(duì)邊緣及接合處采用環(huán)切方式。

4F根據(jù)編程策略選擇

編程時(shí)確定走刀方式的原則主要有：應(yīng)能保證零件的加工精度和表面粗糙度的要求;應(yīng)盡量縮短加工路線，減少刀具空程移動(dòng)時(shí)間；應(yīng)使數(shù)值計(jì)算簡單，程序段數(shù)量少，以減少編程工作量。一般而言，對(duì)于平面形腔類采用行切方式劃分加工域，以減少抬刀次數(shù)；自由曲面類環(huán)切方式逼近形狀。毛坯形狀的選用大小會(huì)影響編程的選擇，可通過加大毛坯外形，將不易裝夾的外形加工轉(zhuǎn)化為易裝夾的行切方式形腔加工；或?qū)⒂铆h(huán)切加工的自由曲面改用行切方式去大余量，以提高加工效率。