摘" 要：該文針對(duì)數(shù)控銑開粗效率較低，如何提高數(shù)控銑開粗效率，降低生產(chǎn)成本進(jìn)行研究。經(jīng)過多次試驗(yàn)實(shí)踐比較，采用MASTER CAM動(dòng)態(tài)銑削方法，通過對(duì)其加工方式方法、參數(shù)優(yōu)化等分析研究與應(yīng)用，得到使用動(dòng)態(tài)銑削加工的方法。MASTER CAM動(dòng)態(tài)銑削方法可以大幅提高加工效率，解決因銑削過程中切深較大，導(dǎo)致主切削力增加，切削溫度升高，使刀具損壞或工件變形的情況發(fā)生，同時(shí)延長(zhǎng)刀具使用壽命。此方法在保證零件加工精度的同時(shí)，正真做到高速、高效、高精的“三高”實(shí)踐。操作簡(jiǎn)單，可充分發(fā)揮機(jī)床、刀具等性能，進(jìn)一步為企業(yè)節(jié)約生產(chǎn)成本，擴(kuò)大盈利，值得全面推廣和借鑒，為數(shù)控銑高速、高效加工提供一定的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：數(shù)控銑；動(dòng)態(tài)銑削；編程策略；高速高效；加工方法

中圖分類號(hào)：TG519.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " " "文章編號(hào)：2095-2945（2024）32-0169-04

Abstract： This paper studies how to improve the efficiency of CNC milling and reduce production costs because of the low rough efficiency of CNC milling and the low rough efficiency. After many experiments and comparisons， the MASTER CAM dynamic milling method was adopted. Through the analysis， research and application of its machining methods， parameter optimization， etc.， a method of using dynamic milling was obtained. The MASTER CAM dynamic milling method can greatly improve processing efficiency and solve the problem that the main cutting force increases and the cutting temperature increases due to the large depth of cut during the milling process， which causes tool damage or workpiece deformation， and at the same time extends the service life of the tool. This method not only ensures the machining accuracy of parts， but also truly achieves the \"three highs\" practice of high speed， high efficiency and high precision. The operation is simple， giving full play to the performance of machine tools， tools， etc.， further saving production costs and expanding profits for enterprises. It is worth comprehensive promotion and reference， and provides a certain reference for high-speed and efficient machining of CNC milling.

Keywords： CNC milling; dynamic milling; programming strategy; high speed and efficiency; machining method

目前，在數(shù)控銑削過程中，銑削速度直接影響其加工效率，尤其是粗銑加工，往往由于其加工余量較大，占用了大量的加工時(shí)間，提高了生產(chǎn)成本。通常粗銑使用的加工策略是在高度方向分層銑削。根據(jù)刀具直徑大小、工件材料等因素調(diào)整其銑削參數(shù)，如等高加工、區(qū)域開粗等[1]。不但開粗時(shí)間較長(zhǎng)，由于分層次數(shù)較多，走刀軌跡大幅度增加，銑削時(shí)間延長(zhǎng)等緣故，從而使刀具刀尖更容易產(chǎn)生磨損或者損壞，進(jìn)一步增加企業(yè)生產(chǎn)成本。如何快速有效地完成粗銑加工，就是直接面對(duì)的一個(gè)難題。經(jīng)過多次實(shí)踐檢驗(yàn)，采用MASTER CAM動(dòng)態(tài)銑削方法，通過對(duì)其加工特點(diǎn)與方法的研究與優(yōu)化，得到了使用動(dòng)態(tài)銑削加工方法。減少銑削過程中不必要的空行程和提刀，大幅度減少了開粗時(shí)間，極大地提高了銑削效率，延長(zhǎng)了刀具使用壽命。和傳統(tǒng)加工方法相比，在銑削過程和參數(shù)設(shè)置方面，顛覆了人們對(duì)數(shù)控銑削的認(rèn)識(shí)，尤其在粗加工效率方面，比起傳統(tǒng)的加工方法，效率提升2～3陪[2]。

1" 動(dòng)態(tài)銑削應(yīng)用過程及要求

動(dòng)態(tài)銑削又叫側(cè)刃銑削，顧名思義就是利用刀具側(cè)刃進(jìn)行零部件銑削的一種銑削方法[3-6]。Master CAM動(dòng)態(tài)銑削有2D動(dòng)態(tài)銑削和3D動(dòng)態(tài)銑削2種加工方法。2D動(dòng)態(tài)銑削主要針對(duì)簡(jiǎn)單的外形輪廓或簡(jiǎn)單的內(nèi)腔，通過二維平面圖形或者3D建模，采用實(shí)體區(qū)域或?qū)嶓w邊緣生成刀路軌跡。3D動(dòng)態(tài)銑削主要針對(duì)外形或者內(nèi)腔結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且有多個(gè)臺(tái)階的零件銑削加工，如圖1零件圖所示，為世界技能大賽數(shù)控銑項(xiàng)目賽題之一。本文以圖1零件圖為例進(jìn)行了3D動(dòng)態(tài)銑削的研究，該零件材料為45#鋼，毛坯?100 mm×35 mm。

MASTER CAM動(dòng)態(tài)銑削精度完全取決于建模精度，只要建模不存在誤差，所加工零件不存在尺寸或者形狀上的大級(jí)別誤差。動(dòng)態(tài)銑削加工效率高，主要是其采用的是較高的主軸轉(zhuǎn)速，較快的進(jìn)給速度，下刀深度一般為刀具直徑的1～3倍，為了延長(zhǎng)刀具使用壽命，保證加工余量的均勻性，在銑削過程中，一般采用順銑方式，由于刀具在銑削過程中進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，故已加工表面質(zhì)量相對(duì)較差，尤其是底面，因此該加工策略主要用于開粗。無論是2D動(dòng)態(tài)銑削還是3D動(dòng)態(tài)銑削，銑削過程中都存在順銑時(shí)刀具側(cè)刃參與切削，逆銑時(shí)刀具快速空切回退，如圖2所示，粗實(shí)線刀路軌跡表示刀具采用順銑的方式參與切削，細(xì)實(shí)線軌跡表示刀具快速回退。這樣做的目的，就是為順銑創(chuàng)造條件，雖然走刀路徑大幅增加，但不影響其加工效率，由于回退速度快，基本可以忽略不計(jì)。想要完成一個(gè)零件的完整加工，還需要其他精加工策略的配合。

和傳統(tǒng)銑削方法相比，MASTER CAM動(dòng)態(tài)銑削可以快速、高效地去除余量，還能保持加工后表面粗糙度值和尺寸的一致性，為下一道工序做了充分的準(zhǔn)備。雖然其具備高速銑削的特點(diǎn)，但銑削時(shí)主切削力比起高速銑削要大得多，因此采用動(dòng)態(tài)銑削時(shí)要保證所加工零件有足夠的工藝系統(tǒng)剛性，防止工件產(chǎn)生位移，對(duì)工藝系統(tǒng)帶來的沖擊，導(dǎo)致刀具損壞。因此，動(dòng)態(tài)銑削方法對(duì)刀具、機(jī)床、裝夾有一定要求。對(duì)機(jī)床，要求其必須具備較高的切削性能，包括主軸轉(zhuǎn)速、主軸負(fù)載能力等；對(duì)裝夾，要求其必須具備良好的工藝系統(tǒng)剛；對(duì)刀具，適合動(dòng)態(tài)銑削的銑刀，盡可能有高的耐磨性、較大的刀具前角和后角，這樣有助于提升刀具鋒利程度和排削能力，減少粘刀，同時(shí)還需要具備良好的抗沖擊能力。銑刀工作部分的有效長(zhǎng)度決定著銑削深度，也就是說相同直徑的銑刀，工作部分越長(zhǎng)，其下刀深度越深。由于是側(cè)刃銑削，因此絕對(duì)不能發(fā)生切深大于刀具工作部分長(zhǎng)度，如果是這樣，容易產(chǎn)生刀柄與工件發(fā)生劇烈摩擦，從而使刀具嚴(yán)重受力，進(jìn)而損壞或者折斷。結(jié)合圖1零件圖結(jié)構(gòu)分析，開粗時(shí)選用?10的合金銑刀，工作部分有效長(zhǎng)度20 mm。

2" 動(dòng)態(tài)銑削方法參數(shù)設(shè)置技巧

綜合圖1零件圖形狀、裝夾、材料等分析，主軸轉(zhuǎn)速為5 000 r/min；下刀深度16 mm，總深32 mm，分2次完成；側(cè)刃銑削1 mm，進(jìn)給速度3 000 mm/min。參數(shù)設(shè)置如圖3、圖4所示，無論是2D的動(dòng)態(tài)銑削參數(shù)設(shè)置，還是3D的動(dòng)態(tài)銑削參數(shù)設(shè)置，最基本的設(shè)置就是距離，它的大小直接決定著側(cè)銑分層的多少，切屑的薄厚。值越大，切屑得越厚，主切削力越大，加工效率越高。因此在維持加工效率不變的情況下，為了降低主切削力，根據(jù)刀具及工件材料情況，適當(dāng)提高主軸轉(zhuǎn)速。對(duì)機(jī)床及刀具要求就越高，一般情況下距離設(shè)置為刀具直徑的10%左右，本零件為1 mm，當(dāng)然與刀具直徑及工件材料、零件結(jié)構(gòu)形狀、下刀深度也有一定的關(guān)系，刀具直徑越大，工件材料越軟，步進(jìn)量可適當(dāng)調(diào)高。步進(jìn)量的角度，表示的是側(cè)切時(shí)刀具進(jìn)入工件的側(cè)銑角度，該值與所用銑刀對(duì)應(yīng)，一般情況下值越大，刀具刃帶越鋒利，排削越順利，適合加工塑性材料，對(duì)于硬度高難加工材料，可適當(dāng)降低該角度，以便提高刀具強(qiáng)度。系統(tǒng)默認(rèn)50°，本零件選擇默認(rèn)。硬度低于45#鋼，可適當(dāng)調(diào)高，高于可適當(dāng)降低。經(jīng)過多次試驗(yàn)驗(yàn)證，45#鋼的最佳切削角度50°。最小刀具半徑一般默認(rèn)為刀具直徑的10%，如圖2所示，其表示刀具采用圓弧過渡方式切入切出時(shí)的圓弧半徑。分層深度就是側(cè)切時(shí)的下刀深度，由于零件正面銑深為32 mm和刀具工作部分長(zhǎng)度的限制，無法1次完成開粗，需要分層開粗的值，本零件為16 mm。配合陡斜/淺灘參數(shù)里的最高位置、最低位置使用，如圖5所示，根據(jù)刀具、所加工工件材料及圖紙尺寸，最高設(shè)置為0，最低設(shè)置為-32，分2次完成，圖4第二個(gè)步進(jìn)量主要用于加工高低不同形狀的零件開粗，編程時(shí)一般都要勾選，否則無法對(duì)高低不同的形狀進(jìn)行開粗，需進(jìn)行2次開粗，一般此值設(shè)置為1～2 mm，更具毛坯余量確定，本零件為1.2 mm，該值不會(huì)增加分層次數(shù)，只是讓開粗后的零件在形狀上符合零件加工工藝要求。若要對(duì)上表面進(jìn)行開粗，可將圖5的最高位置設(shè)置大于圖4第二個(gè)步進(jìn)量，這樣就完成了對(duì)上表面的粗加工。微量提刀，表示刀具每次順銑結(jié)束后，返回時(shí)，為了產(chǎn)生不必要的刀具磨損，距離已加工底面抬刀的高度，抬刀距離默認(rèn)0.25 mm，不用設(shè)置。速度由默認(rèn)2 500設(shè)置為4 500 mm/min，由于其不參與切削，工件尺寸越大，機(jī)床性能較好，為了提高開粗效率，可大幅度提高提刀進(jìn)給速率，接近機(jī)床最高運(yùn)行速度。

設(shè)置完以上參數(shù)后，還要對(duì)圓弧過濾公差進(jìn)行設(shè)置，如圖6所示。由于其走刀軌跡是由直線或圓弧擬合而成，因此為了保證走刀的平穩(wěn)和進(jìn)給速度的一致性，需要打開線/圓弧過濾設(shè)置和平滑設(shè)置2個(gè)參數(shù)，將其設(shè)置為50%左右即可，總公差根據(jù)零件公差進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置，其余保持默認(rèn)。最終生成圖1零件的正面軌跡如圖7所示。

3" 零件加工

結(jié)合圖7生成的軌跡及以上參數(shù)進(jìn)行加工，和傳統(tǒng)開粗方法（主軸轉(zhuǎn)速為4 000 r/min；下刀深度0.8 mm，進(jìn)給速度2 000 mm/min。）相比發(fā)現(xiàn)：前者用時(shí)15 min，后者用時(shí)55 min；在刀具和加工質(zhì)量方面基本沒有區(qū)別，甚至前者側(cè)面表面質(zhì)量要高于后者。然后再配合其他精加工方法，結(jié)果如圖8零件所示。

4" 結(jié)束語(yǔ)

本文以世界技能大賽數(shù)控銑項(xiàng)目賽題為例，針對(duì)MASTER CAM軟件動(dòng)態(tài)銑削功能的方法進(jìn)行了研究，通過參數(shù)設(shè)置與優(yōu)化等方法，并進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)粗銑效率較低的問題。應(yīng)用該加工方法可大幅度提高數(shù)控銑零件加工效率，機(jī)床等性能得到了充分利用，節(jié)約資源，進(jìn)一步提升企業(yè)盈利能力，為高速高效的數(shù)控銑削加工提供了可參考的依據(jù)，值得全面推廣。

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