基于Master CAM加工的快速选刀研究

3 最小螺旋半径与最大螺旋半径

    高速钢立铣刀不过中心刃，其中心有一工艺孔，孔的直径一般为刀具直径的35%，工艺孔的出现为作者提供了选择最小螺旋半径的依据；而刀具本身的直径，为作者提供了选择最大螺旋半径的依据。因此，最小螺旋半径和最大螺旋半径的设置是关键。下面来分析最小和最大螺旋半径各自的特点。

    图2 最小螺旋半径示意图

    最小螺旋半径。如图2所示，当螺旋半径小于刀具直径的35%时，执行螺旋下刀的过程中，刀具中心孔内的材料会被漏切。而且在加工中不断地螺旋下降的同时，刀具中心孔侧壁会不断地受孔内无法切除的材料的挤压。在刀具高速旋转且不断下降的过程中，材料会对刀具施加完全相反的作用，由此产生顶刀和大量的摩擦。

    顶刀后刀具无法按程序要求下降，如果所用的夹头是强力夹头，那么刀具将会产生弹性形变甚至折断；如果是普通夹头，则刀具会沿z轴轴向滑动，严重影响精度。如果无冷却液或冷却效果不好，刀具还会在大量摩擦热的影响下，失去刀具应有的强力特性，产生“烧刀”现象。这对机床的主轴或机床会造成相当大的损伤，影响机床此次精度甚至影响机床的后续精度。

    故在加工过程中，刀具的最小螺旋半径应大于刀具直径D的35%，从而避开工艺孔的影响。

    最大螺旋半径。如图3所示，当最大螺旋半径大于刀具直径D的100%的时候，螺旋中心处涂色区域内的材料将会被漏切，导致螺旋下刀已经完成即z方向已经到位的时候，螺旋中心仍然保留了一个圆台。

    图3 最大螺旋半径示意图

    如果圆台较小，因不易受力，圆台处的材料会被刀具挤断，使得底部表面为断裂口；如果圆台较大，那么刀具可能会无法承受大量材料的强力切削，容易磨损或者迸掉刃口。

    所以最大螺旋半径不能超过刀具直径的100%。

4 快速选刀公式的推导

    由上述可知，螺旋下刀过程中，是否能够安全地下刀，与最小螺旋半径、最大螺旋半径以及刀具直径都存在着一定的关系，由此可以推导出它们之间存在的关系。

    设刀具直径为D，型腔的最小宽度为L，零件精加工预留量为L₁（单边量），粗加工边界精修量为L₂（单边量），螺旋下刀的xy方向预留间隙为L₃（单边量）。

    现在以槽的中心为螺旋下刀的中心，以满足一次螺旋为条件。在这个假设条件下，所选择的刀具直径应该是最大数值。由最小螺旋半径、刀具半径、零件精加工预留量L₁、粗加工边界精修量L₂、螺旋下刀的xy预留间隙L₃的关系可知，能够满足一次螺旋条件的关系应为图4所示。

    图4 满足一次螺旋的关系图

    由此关系图可以推出，恰好满足一次螺旋过程的关系式应该为：

    推导后得：

    由于最小螺旋半径应大于刀具直径的35%，即

    可得：