沈峰

數(shù)控加工技術(shù)在我國工業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著舉足輕重的作用。CAD/CAM技術(shù)使加工效率與質(zhì)量得到了提升。CAXA制造工程師是一款實(shí)用性較強(qiáng)的國產(chǎn)數(shù)控加工編程軟件，為數(shù)控加工提供了從造型、設(shè)計(jì)到加工軌跡生成、仿真模擬等一體化的解決方案，拓展了數(shù)控技術(shù)的使用。在多年高工班的教學(xué)過程中，筆者發(fā)現(xiàn)許多學(xué)生在手工編程、利用CAXA實(shí)現(xiàn)自動(dòng)編程加工型腔零件沒有形成良好的解決方案，特別是利用立銑刀下刀加工過程中會(huì)出現(xiàn)各種困難。伴隨著封閉的切削環(huán)境、切削力、摩擦力、排屑困難等各種加工因素的影響，經(jīng)常出現(xiàn)崩刃、斷刀，工件尺寸變形等諸多問題。這些問題一旦出現(xiàn)，就會(huì)為零件的后續(xù)加工帶來影響，增加刀具更換、Z向?qū)Φ兜臅r(shí)間，也影響了學(xué)生的心情與課堂的效率。如何解決型腔零件加工過程中立銑刀下刀的安全、高效，是數(shù)控加工過程中易忽視但又無法逾越的一道坎。現(xiàn)把筆者這幾年軟件應(yīng)用和數(shù)控加工的體會(huì)與大家交流如下。

一、問題分析

1.學(xué)情分析

加工型腔零件時(shí)，可以選用鍵槽刀。它的刀頭端面中心有切削刃，可以直接下刀切削型腔或環(huán)槽，而立銑刀的端面有刀刃，中心無切削橫刃，但是鍵槽銑刀的剛性與強(qiáng)度不如立銑刀的結(jié)構(gòu)，加工效率也不如立銑刀，所以實(shí)際加工一般選擇立銑刀來加工型腔零件。

中職與五年制高工班機(jī)械類專業(yè)學(xué)生基本為男生，對(duì)于操作的細(xì)節(jié)觀察與把握相對(duì)不足，對(duì)于加工工藝的分析能力與解決問題的能力相對(duì)欠缺一些。對(duì)于立銑刀加工型腔工件，工藝方法與切削參數(shù)設(shè)定不合理，極易造成刀具損壞，從而影響加工進(jìn)程與加工精度。在出現(xiàn)刀具損壞后，學(xué)生還未能認(rèn)識(shí)到問題所在，無法采取有效措施，多次經(jīng)歷之后會(huì)使學(xué)習(xí)的積極性受挫，對(duì)數(shù)控加工課程產(chǎn)生厭學(xué)情緒，影響技能的進(jìn)一步提高。

2.課程設(shè)置

現(xiàn)行的數(shù)控自動(dòng)編程與手工編程教材很多，但能把理論與實(shí)踐相結(jié)合，勝任操作課程的教材不多，在重點(diǎn)與細(xì)節(jié)上相對(duì)缺乏指導(dǎo)性。而軟件課程與數(shù)控操作課程往往存在脫節(jié)的情況，CAM環(huán)節(jié)的課程內(nèi)容缺乏實(shí)際的指導(dǎo)意義。例如下刀參數(shù)設(shè)置與方式選擇，如果沒有合理的切削參數(shù)，軟件生成的刀具軌跡將是非常不可靠，甚至是危險(xiǎn)的。

二、解決策略

1.下刀加工前鉆削工藝孔，改善加工環(huán)境

在型腔加工之前利用麻花鉆，鉆削至型腔的底部。在保證麻花鉆Z向?qū)Φ毒葧r(shí)，鉆削至型腔的最深處。這樣可以大大改善型腔封閉的加工環(huán)境，避免立銑刀刀頭中間無橫刃帶來的沖擊與振動(dòng)。該方法簡單有效，很好保護(hù)了刀刃，改善了切削環(huán)境，是初學(xué)者比較適宜的加工方式，易于掌握。要注意的是：接下來型腔的銑削下刀點(diǎn)要定位在工藝孔的中心，同時(shí)圓弧切入切出的起刀點(diǎn)與退刀點(diǎn)也要在鉆孔處。

2.垂直下刀，淺層高速切削，發(fā)揮切削用量三要素的最大效能

筆者發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在出現(xiàn)幾次下刀失誤之后為了避免刀具折斷就會(huì)降低切削深度，選用小的進(jìn)給量、低的切削速度。在數(shù)控高級(jí)工考試或者競賽中，仍然采用這種模式，甚至一緊張?jiān)俳档颓邢鲄?shù)。而一般數(shù)控銑床的主軸轉(zhuǎn)速可以達(dá)到6000r/min甚至更高，硬質(zhì)合金刀具允許的切削速度約100～250m/min。這樣的參數(shù)選擇策略沒有發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的最大效率，也影響了操作完成時(shí)間，導(dǎo)致很多考生未能完成零件加工，最終影響總成績。筆者認(rèn)為，在兩個(gè)切削層之間，刀具從上一層沿Z軸垂直方向直接切入下一層，即刀具垂直下刀未嘗不可，但要掌握好深度。實(shí)驗(yàn)顯示，深度增加一倍，切削抗力會(huì)顯著增加，所以盡量選用淺層下刀來降低對(duì)刀具的沖擊與切削抗力對(duì)刀刃的影響。一般可以在切削參數(shù)的每層下刀設(shè)置為1mm。同時(shí)根據(jù)切削用量選用原則，發(fā)揮切削用量三要素的最大乘積效應(yīng)，降低銑削層高，增大進(jìn)給量與切削速度。很多學(xué)生認(rèn)為小切深、大進(jìn)給、高切削速度會(huì)影響價(jià)格效率，遠(yuǎn)不如大切深、小進(jìn)給、低切削速度。這其實(shí)是一個(gè)誤區(qū)，沒有真正理解高速切削的優(yōu)勢所在。近幾年的考工和競賽反饋，通過兩種形式的對(duì)比，小切深、大進(jìn)給、高切削速度優(yōu)勢比較明顯，使學(xué)生能夠適應(yīng)環(huán)境與機(jī)床的變化，穩(wěn)中求進(jìn)。當(dāng)然，手工編程可以通過設(shè)置層參數(shù)來編寫簡潔的宏程序，簡化淺層切削帶來的程序量。

3.傾斜插削

刀具從上一層沿斜向折線以漸進(jìn)的方式切入下一層，直至斜插至每層切削高度，需要設(shè)置長度、角度和近視節(jié)距方式參數(shù)。長度：折線在XY面投影線的長度。一般切削的長度要大于刀具端面無切削刃的直徑。近似節(jié)距：刀具每折返一次，刀具下降的高度。角度：折線與進(jìn)刀線的夾角。在加工過程中，刀具下刀到尖軌跡呈現(xiàn)“Z”形下刀軌跡，并伴有機(jī)床輕微振動(dòng)。整個(gè)切削過程穩(wěn)定而平緩，很好地保護(hù)了立銑刀的端部刀刃，提高了切削效率。

其實(shí)在手工編程中，使用相對(duì)編程或宏程序很好解決斜線下刀或者螺旋下刀，但這種方式對(duì)于中職學(xué)生來說，理解困難，不便于效仿。采用CAXA自動(dòng)編程實(shí)現(xiàn)傾斜下刀比較容易，其中參數(shù)設(shè)置上需要留意。一般近似節(jié)距等于角度的正切乘以切削長度。例如：傾斜角度為5°，在xy平面下刀切削行程為10mm，那么每次下降高度即為10×tan（5°）=0.875mm。例如：傾斜角度為3°，在xy平面下刀切削行程為10mm，那么每次下降高度即為10×tan（3°）=0.524mm。一般角度越大，切削效率越大，切削長度越短；反之，角度越小，則切削效率越小，切削越長。一般角度在3°到10°為宜，可以小于30°。

4.使用螺旋下刀方式

型腔區(qū)域與槽加工時(shí)，一般采用鍵槽銑刀來下刀切削，立銑刀切削效率更高，因?yàn)橹行臒o刀刃，所以直接下刀會(huì)對(duì)端部刀刃造成磨損甚至折斷。螺旋切削就很好地避免了這一問題。螺旋加工軌跡線在XY方向投影為圓形，高度方向?yàn)槁菥嗟谋稊?shù)。在加工過程中，立銑刀沿著螺旋線切削，伴隨著周向角度自變量的變化，直至切削到目標(biāo)深度。特別是在切削難加工材料的型腔區(qū)域時(shí)，螺旋下刀以漸進(jìn)斜插的方式進(jìn)行加工，從而有效保護(hù)了端部刀刃，降低了切削抗力，提高了切削效率。參數(shù)設(shè)置時(shí)，半徑為螺旋線的半徑。近似節(jié)距為刀具每折返一次刀具下降的高度。需要注意的是，“F”的參數(shù)設(shè)置要小一些，實(shí)際螺旋下刀的速度比周向切削效果更快一些。

三、總結(jié)與思考

以上四種方法，涉及利用CAXA軟件的自動(dòng)編程加工，是筆者在長期教學(xué)中總結(jié)出來的，結(jié)合型腔零件的切削環(huán)境，提出了加工策略，高效簡便，既避免了封閉環(huán)境下立銑刀下刀易崩刃甚至折斷的惡劣環(huán)境，又提高了切削效率，充分發(fā)揮出機(jī)床、刀具潛在的切削性能，保證了工件的精度與加工的連續(xù)性，幫助學(xué)生有效解決了立銑刀下刀切削問題。

[作者單位：紹興市技師學(xué)院（籌）]endprint