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西门子SINUMERIK Operate插铣循环工艺应用

1. SINUMERIK Operate敞开槽的粗加工

西门子SINUMERIK Operate加工循环“铣削”—>“槽”—>“敞开槽”的粗加工中配备了旋风铣(摆线铣)和插铣工艺循环。如下图1所示:

SINUMERIK Operate插铣循环工艺应用图1

2. 插铣工艺原理与应用场合

插铣加工时刀具底刃切削,轴向进给,主要是轴向受力,铁屑通常较短。当普通侧铣径向力过大导致振动、让刀、甚至加工危险时可选择插铣加工。具体情形例如:刀具悬伸大、工况稳定性差、较深的型腔和拐角加工(图2)、难加工材料(钛合金等)。

由于插铣会在步距间残留不均匀材料,所以一般用于粗加工。之后可选择相应的半精加工和精加工循环进一步处理。由于存在退刀和步距间的空行程以及刀具和主轴对径向切宽ae的限制,对于工况良好、深度不大的一般情况,不必使用插铣。

SINUMERIK Operate插铣循环工艺应用

图2

3. 插铣(插钻)刀具与工艺要求

插铣径向切宽ae要小于刀具(刀片)底刃在加工平面上的投影长度,而且要考虑刀片刀尖圆角大小等,否则将损坏刀具甚至机床。应视刀具、机床以及加工余量的具体情况来确定每刀切宽和步距。该循环也可以使用钻削刀具进行插钻,加工深度更大、金属去除率也更高,但步距更大、残留材料更多,同时也要注意排屑(图3)。还要注意:在注册和调用刀具时要选择能够进行插钻的钻头类型,否则循环运行报警或在实际加工中发生故障。刀具是否适合进行插铣或插钻需要事先观察确认或参考刀具样本。很多刀具厂商提供长底刃的专用插铣刀。

SINUMERIK Operate插铣循环工艺应用图3

4. 循环运行条件

循环运行的必要条件:Dxy≤D≤W<2D+2Uxy

其中:D刀具直径,Dxy单侧步距,W槽宽,Uxy精加工和半精加工余量。同时,如果工艺参数设置在步距间留有残余柱状材料,循环运行时会报警(图4),当槽宽和精加工余量不变的情况下,可能需要加大刀具直径或减小步距。

SINUMERIK Operate插铣循环工艺应用

图4

5. 退刀动作和距离控制

当刀具包络角小于180度时,为防止退刀时二次切削摩擦和振动,采用优化的反向脱离方式退刀,即以加工进给朝着等分包络角反向与底面成45度退刀(图5蓝色箭头),接着铣刀快速运行,越过材料。当刀具的包络角大于180°时只能原地垂直退刀以避免干涉,与钻削时一样。

SINUMERIK Operate插铣循环工艺应用

图5

退刀距离的长短可以通过参数SC“安全距离”来进行有限度的控制,以便在安全的情况下提高效率。安全距离越大,退刀距离也越大(图6)。一般情况下安全脱离工件表面即可。

SINUMERIK Operate插铣循环工艺应用

图6

6. 插铣下刀位置与型腔加工准备

6.1安全距离SC

安全距离SC控制切削进给的开始位置,避免撞刀;在从外部逼近工件的各个方向上均有效;且不能为0。

6.2 从外部开槽

在槽的长度L符合实际工件尺寸的情况下,插铣循环从实体外第一次下刀时,铣刀沿槽的方向在工件外偏置刀具半径加安全距离,并步进大约一半步距(DXY/2),定位下刀。即SC-DXY/2≈刀具侧刃到工件的距离(正值远离、负值切入);每次下刀的槽宽度方向位置由刀具直径和槽宽(考虑精加工余量)得到。这样能够计算和调整下刀位置,在保证安全的前提下避免空切。如图7,刀具直径16mm。注意:DXY设置务必满足刀具底刃对切宽的限制。

SINUMERIK Operate插铣循环工艺应用

图7

6.3 型腔插铣

使用敞开槽插铣循环进行型腔等其他结构的加工,要考虑下刀空间。例如,在实体上进行插铣型腔加工,必须要有首刀插入的下刀空间,要求提前用钻削等方法加工出来。其位置和尺寸须考虑后续插铣加工的首刀下刀位置和退刀行程,以及排屑等因素。要求位置较准确(可使用6.2中方法计算或模拟运行提取位置),尺寸尽量大(图8)。推荐至少为1.5倍插铣刀直径,并可在前两个插铣动作中适当减小进给。

SINUMERIK Operate插铣循环工艺应用

图8

7. 其他注意事项

较深或封闭空间插铣应使用高压切削液或压缩空气,防止底部铁屑重复切削和挤屑;比传统方法,插铣应使用较低的每齿进给;在型腔深度不同的情况下,先深后浅,逐渐减小插铣深度以减小径向力和振动倾向;尽量预留均匀余量,以便进行后续加工;插铣工艺推荐应用机床为50或更大主轴或低速40主轴,不推荐用于高速40主轴或有陶瓷主轴轴承的机床。

SINUMERIK Operate插铣循环工艺应用

图9

*部分图片来源刀具厂商网站公开资料

 

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