定义和优点
摆线式刀具路径实际上是与一个圆连接的很多曲线,沿着一条直线或轨迹滚动。
1.热量
采用摆线路径的加工方法,可以使热量的积聚减少到最低限度。对难以加工的合金来说,加工时控制热量是极为重要的,可以保证优质刀具稳定的加工性能。热量的聚积将会使刀具的使用寿命大幅度下降,这是刀具发生故障的一个主要原因。采用摆线式刀具路径之所以能够减少热量,是因为弯曲的路径可以使刀尖与材料之间的接触弧度减少到最低。在切削中,采用较小的刀具和弧度,可以使刀具与材料的接触量减到最低。
2.速度
采用摆线式刀具路径还有其他一些优点。由于其热量降到最低,因此可以采用更快的SFM速度来切削加工材料。有了摆线式路径加工法,可以在Z轴方向上加大刀具的吃刀深度。一般来说,Z轴上的切削深度可达到刀具直径的2倍。在大多数情况下,摆线式刀具路径用于加工插槽。可以使用摆线式路径来创建加工凹槽,但是在加工凹槽时,会发生一些刀具运动的浪费现象,要使刀具与材料的接触量降到最低,并不需要弧形的加工路径。
通常,使用的刀具约是槽宽的50%~62%。在这个范围内,可以尽量使接触弧度减少到足够低的限度,并利用其所增加的转速和Z轴上的切削深度。径向跨步量的大小(在X、Y轴方向上)取决于材料的特性,但应在刀具直径的2%~10%范围内。这种轻量级的切削加工允许采用更高的转速和进给速度,使加工达到很高的生产率,而且不会增加热量(图1)。
3.刀具的选用
一般会选用直径较小的刀具,以降低刀具的成本和减少生产的整体开支。如果想要确保所选用的刀具适于这类的切削加工,那么它必须是专门设计的,不但要适于摆线式切削,而且还要适用于所切削加工的材料。对于高性能的加工而言,刀具采用适当的涂料、材料基质和几何形状是必不可少的。nextpage
4.软件
今天,CAD/CAM软件系统中已采用了摆线式刀具路径加工法,甚至还有了进一步的发展。不仅使用了典型的摆线路径,还控制了与材料接触面之间的弧度。从本质上来说,即使进入到圆角或其他复杂的几何形状时,接触量基本上也没有增加。
该刀具在圆角上的加工与其在直线上的切削加工基本上是一样的,这有助于消除表面光洁度和精度的变化。当工件的几何形状变化时,刀具仍然保持恒定压力。
一般来说,在直线加工(剖面加工)中,如果使用的是10%的径向跨步,那么其接触弧度为37,但是当碰到一个圆角时,该角度就会增加到127(图2)。与材料表面接触时产生的这种状况将会增加热量和刀具的压力,造成刀具使用寿命和工件加工质量出现问题。
在圆角处和要求比较严格的区域,一些CAD/CAM软件系统使用摆线型运动将混合路径合并在一起;而在更加开放的部分,则使用传统的刀具路径。对编程人员来说这意味着什么呢?这意味着刀具的预期使用寿命更长,加工零件的质量更加稳定。
采用这些新的混合型刀具路径可以轻松地编制出零件的加工程序。您所需要做的事情就是输入典型的信息和理想的径向跨步距离,CAD/CAM系统将会处理其余部分,并控制其与材料接触面的角度。
测试案例
几个试件的编程已被投入到了实际使用中。第一个工件是一个6in×4in×(10.5~1in)的6Al4V钛合金块(1in=25.4mm,下同),采用一把直径为0.5in的6排屑槽刀具加工,其进给速度为75in/min和400sfm,其径向切削宽度为0.050in(10%)和轴向深度为1in(2倍)。整个零件由整块材料加工而成,加工时间为15min。
在加工铝材时也采用了相同的编程方法,并采用了一把直径为0.5in的3排屑槽刀具,它具有减少铝材颤振功能的几何形状。这个零件的切削加工速度为14000r/min和336in/min。整个6in×4in×(0.5~1in)的零件在1.5min的时间内完成加工。在刀具切削圆角时,没有出现刺耳的声音或振动现象,因为即使在圆角的地方,刀具仍然保持着同样的接触面(图3)。
在另一个应用实例中,插槽是在一种经过淬火处理的木锉上切削加工的,采用一把直径为3/8in和专门用于切削硬质工具钢的6排屑槽刀具,刀具切削零件的速度为125in/min。
通过使用新的编程技术,难以加工的材料就可以很容易地进行切削。采用直径较小的刀具可以使刀具与材料接触面的弧度减少到最低,并且可以控制热量。许多投放到市场中的新型材料,其切削加工往往特别困难,需要根据每种不同的应用领域,采用特定几何形状的刀具。通过使用摆线式刀具路径和混合型摆线刀具路径,才可以顺利地加工这些特殊材料。