高速铣削与数控编程技术

　　高速铣削一般采用高的铣削速度，适当的进给量，小的径向和轴向铣削深度。一般情况下，高速铣削的铣削速度要比常规速度高出5—10倍，其材料去除率是常规铣削的3—5倍以上。铣削时，大量的铣削热被切屑带走，因此工件的表面温度较低。随着铣削速度的提高，铣削力略有下降，表面质量提高，加工生产率随之提高。但在高速加工范围内，随铣削速度的提高会加剧刀具的磨损，如图1所示。

图1 高速铣削的特点

1 高速切削对数控编程的具体要求

　　高速切削有着比传统切削特殊的工艺要求，除了高速切削机床和高速切削刀具，具有合适的CAM编程软件也是至关重要的。一个优秀的高速加工CAM编程系统应具有很高的计算速度、较强的插补功能、全程自动过切检查及处理能力、自动刀柄与夹具干涉检查、进给率优化处理功能、刀具轨迹编辑优化功能、加工残余分析功能等。国内外比较成熟适用于高速加工编程的软件有西门子公司的UnigraphicsNX、英国DeICAM公司的PowerMill、以色列的Cimatron软件。其中英国DeICAM公司的PowerMill在3D加工中优势较为突出。

　　高速切削中的NC代码并不仅仅局限于切削速度、切削深度和进给量的不同数值。NC编程人员必须改变他们的全部加工策略，以创建有效、精确、安全的刀具路径，从而得到预期的表面精度。数控编程时首先要注意加工方法的安全性和有效性;其次要尽一切可能保证刀具轨迹光滑平稳，这会直接影响加工质量和机床主轴等零件的寿命;最后要尽量使刀具载荷均匀，这会直接影响刀具的寿命。高速切削对数控编程的具体要求如下。

　　1. 1 保持恒定的切削载荷

　　高速铣削过程中保持恒定的切削载荷非常重要，这会直接影响工件的加工质量和机床主轴以及刀具等零件的寿命。

　　1. 1. 1 保持金属的去除量恒定

　　在加工中恒定的金属去除量可以获得较好的加工质量，由于切削载荷均匀，从而可以延长刀具和机床的使用寿命。

　　为保持恒定的切削条件，主要采用顺铣方式进行粗加工在高速切削过程中采用顺铣铣削方式，可以产生较少的切削热，降低刀具的负载，降低甚至消除了工件的加工硬化，以及获得较好的表面质量等。

　　在工件余量不均匀的情况下，通常采用等高加工策略来保证恒定的金属去除量。粗加工采用的方法通常是在Z方向切削连续的平面，又叫等高加工策略。这种切削遵循了高速加工的理论，采用了比常规切削更小的切深，从而减小每齿切削去除量。图2为Z方向切削连续平面示意图。通常这种加工方式采用斜向或者螺旋切人，可以获得较平稳的切削路径。

图2 等高切削示意图

　　在高速切削的粗加工过程中，保持恒定的金属去除率，可以获得以下的加工效果:(1)保持恒定的切削负载;(2}保持切削量的恒定;(3)较好的热转移;(4)刀具和工件均保持在较冷的状态;(5)延长刀具寿命;(6)获得较好的加工质量等。

　　1. 1. 2 刀具要平滑地切人工件

　　如图3所示，在高速切削过程中，让刀具斜向或者沿螺旋线方向切人工件要优于让刀具沿Z向直接切人，这样可以保护刀具和机床，而且可以获得较好的加工质量。

图3 Z向直接插入与斜向/螺旋切入对比示意图

　　1. 1. 3 保证刀具轨迹的平滑过渡

　　刀具轨迹的平滑是保证切削负载恒定的重要条件。如图4所示，螺旋曲线走刀是高速切削加工中一种较为有效的走刀方式。

图4 螺旋曲线走刀方式示意图

　　在NC编程中应尽量避免刀具路径轨迹出现尖角，让轨迹尽可能的光顺，这样可以提高工件表面加工质量，从而降低模具数控加工后的后续研磨强度。如图5中C图所示的刀具轨迹最好。

图5 刀具轨迹优化示意图

 　　1. 1.4 尽量减少刀具的急速换向

　　由于进给量和切削速度非常高，编程人员必须预测刀具是如何切削材料的。除了减小步距和切削深度以外，还要避免可能的加工方向的急剧改变。急速换向的地方要减慢速度，急停或者急动会破坏表面精度，而且有可能因为过切而产生拉刀或者在外拐角处咬边。

　　通常，切削过程越简单越好。这是因为简单的切削过程可以允许最大的进给量，而不必因为数据点的密集或者方向的急剧改变而降低速度。从一切削层等变率地降到另一层要好于直接跃迁，采用类似于圈状的路线将每一条连续的刀具路径连接起来，可以减小加速度的突变。实际的高速数控编程中，常常用圆弧连接来过渡切削移动以缓解这种急速换向的现象。