1 加工特点
1.1 铣削方式稳定
铣削加工时,一般需要按照铣床传动丝杠螺母间隙选用不同的加工方式。普通铣床由于传动间隙较大,适宜选用逆铣的加工方式;而数控铣床采用高精度的滚珠丝杠传动,丝杠螺母间隙几乎可以忽略,宜采用顺铣的加工方式。顺铣时铣刀刀刃切入工件时的切屑厚度最大,并逐渐减小到零,刀刃切入容易,且在刀刃切到已加工表面时,刀齿后面对已加工表面的挤压、摩擦小,对工件表面质量和尺寸精度的保证较为有利,加工过程比较平稳。在常规CAM制定的刀具路径中,由于加工内容的复杂性和多样性,很难保证在整个加工过程中一直保持顺铣的加工方式。在常见的槽类加工中,动态高速铣削采用剥铣的方法(见图1)从而保证在整个加工过程中始终采用顺铣的方式。其刀具路径如图2所示,在图2中,实线为刀具加工路径,虚线为刀具回退路径。刀具按照加工参数所设定的步进量(行距)逐层剥铣,每层加工完毕可微量提刀,快速移动至下一层需要加工的位置,从而保证沿着刀具前进的方向,刀具永远在工件的左侧,即顺铣方式。在常规CAM制定的刀具路径中,一般能获得的加工方法如图3所示,在加工过程中刀具的左右两侧同时与工件接触,即同时存在顺铣和逆铣,这种加工方法就是通常所说的“满刀”切削。此种情况下同时存在“让刀”和“扎刀”现象,不利于加工件的精度控制;在“满刀”切削时,刀具和加工剪切面接触面积的增大会导致切削力的增大,也不利于加工废屑的排出,降低了刀具的使用寿命。
图1
图2
图3
1.2 切削力稳定
如上文所述,动态高速铣削在加工过程中,不会出现“满刀”切削的情况,实际加工中,编程人员可根据刀具材料,工件材料以及切削量等合理设置每次加工的步进量,动态铣削方式将每次加工的切削宽度控制在步进量以下,使刀具承受的切削力保持在一定水平以下。同时,在动态铣削方式下获得的刀具路径在转折处均有圆弧连接,使得刀具运动过程平稳。而在常规CAM制定的刀具路径中,经常出现突然转折(见图4),高速加工时在机床运动部件惯性作用下会使加工工艺系统产生振动,从而导致切削力的急剧上升,此时刀具所承受的瞬时切削力可能达到正常值的数倍。同时,常规CAM方式制定的刀具路径中,往往在刀具切入阶段出现的“满刀”切削由于切削宽度大于正常切削过程,也不利于切削力的控制。
图4
2 刀具寿命
2.1 切削温度的影响
切削热通过切削温度影响刀具和工件,切削温度一般指刀具前刀面与切屑接触区域的平均温度。前刀面的平均温度可近似地认为是剪切面的平均温度和前刀面与切屑接触面摩擦温度之和。控制切削温度主要通过控制切削热的产生和良好的散热,也就是通过各种介质带走产生的切削热。切削热的产生一方面由加工过程中所消耗的能量转换而来,而被切除材料的各阶段弹性、塑性变形以及刀具和工件的摩擦也会带来大量的切削热。
常规的加工方式在使用大量的冷却液降温的同时,主要通过严格控制刀具旋转的线速度,避免产生过多的切削热。而动态高速铣削加工产生的切屑相对比较薄而规则,在高速旋转的刀具作用下,切削时90%以上的切削热来不及传给工件就被高速流出的切屑带走,工件温度上升一般不超过3℃,从而大大增加刀具的使用寿命。在这种加工方法下,排屑的顺畅非常重要,必须保证在加工过程中切屑能顺利的飞离加工部位,很多时候可以采用气冷的方法而非液冷,利用有一定压力的压缩空气来保证冷却。