1 引言
在数控铣床加工中，有很多需要考虑的工艺性问题，垂直进刀方式的设置就是其中之一。使用MasterCAM软件自动编程，可设置三种垂直进刀方式：一是直接垂直向下进刀;二是螺旋式轨迹进刀方式;三是斜线轨迹进刀方式。这三种垂直进刀方式各有优点，设置得当可以优化刀具路径，改善加工条件，从而提高加工效率、工件加工精度和刀具的耐用度。有关垂直进刀方式的设置问题，它所涉及的参数比较多，要全面分析难度较大。下面从几个方面介绍如何进行垂直进刀方式的设置和优化。
2 三种垂直进刀方式的比较
2.1 直接垂直进刀方式直接垂直进刀方式就是垂直向下进刀，刀具轨迹为直线，在MasterCAM软件自动编程中，大多数加工方式默认只能采用直接垂直向下进刀方式，如“外形铣削”、“平面铣削”、“曲面精加工”等。这些加工方式可以通过参数设置，让刀具从工件外垂直进刀，在进刀过程中不切削材料。可以看出，直接垂直进刀方式在进刀过程中要切削材料时，只能用于具有垂直吃刀能力的键槽铣刀。因为立铣刀的端部中心部分没有切削刃，垂直进刀的切削能力很小，而键槽铣刀是两刃刀具，其端部刀刃通过铣刀中心，有垂直吃刀的能力。但由于键槽铣刀只有两条切削刃，加工时不平稳，在大面积切削中的加工效率较低，加工零件的表面粗糙度也不太理想。实际加工中一般都会先用钻头在零件的实体上事先钻一个孔后，换多刃立铣刀加工。
2.2 螺旋轨迹进刀方式和斜线轨迹进刀方式“2D挖槽加工”和“3D曲面挖槽粗加工”有螺旋进刀方式和斜线进刀方式的设置，在加工中，可根据加工的实际情况选择二者之一。这两种加工方式从工件顶部直接垂直向下进刀，在进刀过程中要切削材料。可以看出，螺旋轨迹进刀方式和斜线轨迹进刀方式的进刀，刀具在实现向下(Z轴方向)进刀的同时，有水平方向(X、Y方向)的走刀，是铣刀的侧刃逐渐向下铣削而实现向下进刀。因此，螺旋式轨迹进刀方式和斜线轨迹进刀方式能用于端部切削能力较弱的立铣刀的向下进刀。但这两种进刀方式的走刀轨迹较长，降低了加工效率。实际加工中，若垂直进刀的次数多时，常采取钻工艺孔后直接垂直进刀方式。若垂直进刀的次数少时，常设置螺旋进刀方式和斜线进刀方式。特别是小批量生产中，为了减少装夹、对刀的辅助时间，最好采用螺旋方式或斜线方式进刀。
3 螺旋进刀和斜线进刀设置的实现步骤
在MasterCAM软件中设置刀具路径、编制数控加工程序时，大多数加工方式只能采用直接垂直向下进刀方式，只有2D加工中的“挖槽加工”和3D曲面加工中的“挖槽粗加工”才有螺旋进刀方式和斜线进刀方式的设置。
3.1 D“挖槽加工”中的螺旋进刀和斜线进刀设置的实现步骤首先用MasterCAM软件的CAD功能设计型腔轮廓，按照下面的顺序操作可进行螺旋进刀方式和斜线进刀方式设置：主功能菜单——刀具路径——挖槽——选择型腔轮廓——执行——执行——挖槽对话框。然后再选取“粗铣/精铣参数”项。在对话框的右边有一个“螺旋式进刀或斜线式进刀”按钮，按钮前有一个方形复选框。此按钮平常处在暗显示状态，这种状态下，刀具的进刀方式是所示的垂直进刀方式。如果采用螺旋或斜线进刀方式，则点
击复选框，进刀方式按钮“螺旋式进刀或斜线式进刀”呈明显示状态，这时点击按钮，出现“螺旋/斜线参数”设置对话框。对话框中有两个选项：螺旋式进刀和斜线式进刀。
3.2 D“挖槽粗加工”中的螺旋进刀和斜线进刀设置的实现步骤首先用Mas2terCAM软件的CAD功能设计零件模型，按照下面的顺序操作可进行螺旋进刀方式和斜线进刀方式设置：主功能菜单——刀具路径——曲面加工——粗加工——挖槽粗加工——选零件模型——执行——曲面粗加工挖槽对话框。然后再选取“挖槽粗加工参数”项。在对话框的中间偏上方有一个“螺旋式进刀或斜线式进刀”按钮，按钮前有一个方形复选框。此按钮平常处在暗显示状态，这种状态下，刀具的进刀方式是所示的垂直进刀方式。如要采用螺旋或斜线进刀方式，则点击复选框，进刀方式按钮“螺旋式进刀或斜线式进刀”呈明显示状态，这时点击按钮，出现“螺旋/斜线参数”设置对话框。对话框中有两个选项：螺旋式进刀或斜线式进刀。nextpage
4 垂直进刀方式的典型应用
4.1 直接垂直进刀工艺孔的加工
4.1.1 工艺孔圆心位置的确定方法用立铣刀直接垂直进刀进行“2D挖槽加工”和“3D挖槽粗加工”时，都要先用钻头在零件的实体上事先钻一个工艺孔。工艺孔圆心位置的确定是工艺孔加工前首先要解决的问题，也是工艺孔加工的难点。常采取的方法是通过分析数控加工程序来确定工艺孔圆心的位置。如加工所示工件采用所示走刀轨迹，所示走刀轨迹后置处理的加工程序为O1111.通过分析数控加工程序O1111可知工艺孔的圆心位置为X-121538Y-61457(见程序O1111第4行)。
4.1.2 工艺孔深度的确定方法“2D挖槽加工”和“3D挖槽粗加工”用立铣刀直接垂直进刀，应先钻一个工艺孔。在加工工艺孔时，该工艺孔的深度控制要比较准确。工艺孔深度太浅，在直接垂直进刀过程中很有可能使立铣刀损坏;工艺孔深度太深，超出工件要求加工的位置时，会导致工件过切而报废。如何确定工艺孔的深度，如加工所示工件，首先要采用“挖槽粗加工”开粗。
挖槽开粗所钻工艺孔深度可通过前视图分析刀具轨迹确定。可知，钻孔深度位置在图示的“进刀终点位置”和“钻孔极限位置”之间是可以满足要求的。考虑到钻头为圆锥形，工艺孔应钻至“进刀终点位置”下方，使立铣刀有足够的直接垂直进刀位置。但是加工a所示工件时，“进刀终点位置”和“钻孔极限位置”为同一位置，用钻头钻工艺孔较难满足立铣刀直接垂直进刀的要求，此时可采用键槽铣刀来加工工艺孔。
4.2 “由切削范围外进刀”选项的应用
“由切削范围外进刀”复选框毛坯开粗时常采用3D曲面加工的“挖槽粗加工”方式，“挖槽粗加工”常从毛坯顶部进刀。如所示工件，首先应进行“挖槽粗加工”对毛坯开粗，去除大部分材料。对两工件开粗时，采用直接垂直向下进刀、螺旋式轨迹进刀、斜线式轨迹进刀三种进刀方式之一都可以，但是采用直接垂直向下进刀首先应钻工艺孔。实际加工中，在加工所示这类只去除四周材料的工件时，可选中“由切削范围外进刀”复选框，从而简化刀具轨迹，提高加工效率。
4.3 “沿边界渐降进刀”的应用
“螺旋/斜线参数”设置对话框中，有一“沿边界渐降进刀”复选框，选中“沿边界渐降进刀”复选框，可设定刀具沿边界渐降进刀。实际加工中，通常是在螺旋进刀失败时才采用“沿边界渐降进刀”。但是，笔者经过多次加工发现，灵活应用“沿边界渐降进刀”选项，有时可优化进刀，得到相对合理的刀具轨迹。
特别是在加工工件型腔较小，螺旋进刀半径不能太大的情况下更加有用。如加工所示工件，采用“沿边界渐降进刀”的进刀轨迹。
4.4 螺旋进刀螺旋半径的设置
在螺旋式进刀参数设置对话框中，有“最小半径”和“最大半径”两个参数项，用来设置螺旋进刀时螺旋线的半径。螺旋线半径应根据型腔空间大小及铣削深度确定，一般是螺旋半径愈大，进刀的切削路程越长。当设置了“最小半径”和“最大半径”后，螺旋线半径的实际值由MasterCAM软件根据零件模型计算确定。当MasterCAM软件计算出以最大半径进刀会发生干涉时，螺旋线半径为“最大半径”。当计算机以最大半径进刀会发生干涉时，系统自动调小螺旋线半径。螺旋线半径最小限度为“最小半径”，当MasterCAM软件计算出以最小半径进刀还发生干涉时，则系统将进刀方式设置为直接垂直进刀方式。
螺旋进刀时螺旋线实际半径以系统最后确定的半径为准。编程人员应注意观察分析螺旋线实际半径大小能否满足刀具加工的要求。立铣刀的端部中心部分没有切削刃，螺旋进刀时螺旋线的半径至少应大于d/2.
4.5 斜插式进刀的应用
在工件加工中，当采用螺旋式进刀和斜插式进刀都能满足要求时，螺旋式进刀和斜插式进刀二者可任取其一。但是当加工所示长而窄的槽时，采用螺旋式进刀螺旋线半径不能太大，此时用斜插式进刀比较理想。
5 结语
本文对MasterCAM数控(数控冲床技术的新方向)加工中的三种垂直进刀方式进行了分析，针对不同特征的零件，提出进刀方式和刀路设置的原则，通过实例，说明本文的分析是正确的，具有可实践性。
