CAM新技術(shù)--刀具咬合銑削技術(shù)

　　在競爭日益激烈的市場中，能夠以低價格提供品質(zhì)優(yōu)良的部件，在投標(biāo)過程中是至關(guān)重要的。確定投標(biāo)價格的一個關(guān)鍵因素就是加工時間�，F(xiàn)在人們所使用新的銑削技術(shù)——刀具咬合銑削技術(shù)，可以提高生產(chǎn)力，降低成本。

　　大多數(shù)CAM系統(tǒng)使用輪廓平移技術(shù)生成刀具軌跡，并且沿此刀具軌跡以高速加工（HSM）的方式進行切削（圖1）。高速加工采用高進給速度，但它并不能實現(xiàn)最高的生產(chǎn)率。以輪廓平移方法生成的刀具軌跡在刀具行進到某個拐角時，作用在刀具上的負載會急劇增加。在高速加工時為了防止刀具破損和顫振，加工必須在一個非常淺的切深條件下進行。如果采用一個非常淺的切深進行加工，就必須要多次走刀才能達到完整的切深要求，因此工件加工的時間必然會增加。 

　　圖1 大多數(shù)CAM系統(tǒng)使用輪廓平移的技術(shù)生成刀具軌跡，并且沿此刀具軌跡以高速加工（HSM）的方式進行切削，圖中所示為從一個模具的底部顯示型腔的加工

　　刀具咬合控制銑削

　　刀具咬合控制銑削的目的是實現(xiàn)盡可能高的生產(chǎn)率，這就需要完全控制切割的環(huán)境，以最大限度完全沿刀具軌跡進行優(yōu)化切割。進行切割優(yōu)化要使用最匹配的刀具對相關(guān)材料進行切削，同時使切屑形成最佳的幾何輪廓就顯得很為重要了。這就需要控制進給速度、主軸轉(zhuǎn)速、切深和刀具與被切削材料的咬合。也就是說，在進給速度、主軸轉(zhuǎn)速、切深和刀具與被切削材料的咬合程度都保持在優(yōu)化值時，才能實現(xiàn)最高的金屬材料去除率（MRR），同時優(yōu)化切屑的外形輪廓尺寸。

　　在進行刀具咬合控制的銑削時，在恒定的跨距、進給速度、主軸轉(zhuǎn)速以及切深條件下，機械師只需了解如何操作性能優(yōu)化后的側(cè)銑操作。有了這一信息，通過刀具咬合控制的CAM系統(tǒng)就可以生成一個刀具軌跡，對于任何幾何形狀的工件，每一部分均可進行切削，整個過程如同一個簡單的側(cè)銑操作一樣。這樣沿刀具軌跡的所有部位的加工均可以實現(xiàn)最高切削率（MRR），從而大大縮短了加工時間。優(yōu)化的銑削切屑也在很大程度上延長了刀具壽命，大幅度減少了加工時所生成的熱量，降低被加工工件的變形，保持刀具的負載恒定，提高幾何精度的同時完全消除了抖動。

　　更大的切深

　　高速加工（HSM）可能使用的切深約為刀具直徑的0.2倍，而刀具咬合控制銑削可以采用的切深為刀具直徑的1.5~2.0倍，甚至更多。加大了切深后，可以在走刀次數(shù)很少的情況下完成工件加工的切深要求，從而大幅度縮短工件加工所耗費的時間。高速加工技術(shù)（HSM）只是刀具的頂端進行切削，這將導(dǎo)致刀具端面過熱和迅速磨損。刀具咬合控制的銑削加工操作，更多使用刀具的鍵槽，這樣可以使負荷、熱量和磨損均勻分布在刀具的更大的區(qū)域內(nèi)，從而延長刀具的壽命。

　　切屑外形尺寸的控制

　　有些人認為控制金屬材料去除率（也稱為“恒定容量銑削”）可使生產(chǎn)率最大。這是不正確的，控制切屑外形輪廓尺寸，特別是切屑厚度，是實現(xiàn)最高生產(chǎn)率所必需的。而這只能通過控制刀具與加工材料的咬合量來實現(xiàn)。刀具軌跡控制刀具與被加工材料的咬合量，采用恒定進給速度、主軸轉(zhuǎn)速和切深的加工方式，即將其定義為具有恒定金屬材料去除率的加工方式。更重要的是，一個恒定的金屬切屑外形幾何尺寸（包括恒定的切屑厚度）是優(yōu)化切削和實現(xiàn)高生產(chǎn)率的關(guān)鍵要素。

[$page]　　刀具軌跡

　　在恒定金屬材料去除率的方法中沒有進行刀具咬合量控制，當(dāng)?shù)毒咝羞M到拐角處時由于過薄的切屑會產(chǎn)生太多的熱量，進給速度必須降低，尤其面對那些特別堅硬的材料時。額外的熱量是引起刀具迅速損耗的原因，必須通過減少金屬材料去除率的方法加以克服。

　　控制刀具的咬合所采用的刀具軌跡與輪廓平移方法生成的刀具軌跡有很大的區(qū)別（圖2）。利用現(xiàn)成的計算能力，有可能生成一個大部分刀具行程與最終加工出的部件的最后形狀并不相像的刀具軌跡。整個刀具軌跡是預(yù)先設(shè)定的，在這種情形下，刀具咬合量不會超過用戶的指定加工參數(shù)。 

　　圖2 控制刀具咬合所采用的刀具軌跡與輪廓平移方法生成的刀具軌跡有很大的區(qū)別

　　高性能的數(shù)控機床并不需要利用刀具咬合控制銑削，通過降低刀具的負載，數(shù)控機床的負載也會同樣降低，這樣舊機床就可以很快增加生產(chǎn)率了。刀具咬合加工控制的刀具軌跡可以沿整個軌跡進行平穩(wěn)的切削。當(dāng)?shù)毒咝羞M到拐角時不會再有刺耳的尖叫聲，沒