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西门子SINUMERIK Operate 铣削下刀方式及工艺应用

铣削加工型腔或封闭槽等结构时都需要考虑如何在刀轴方向上从实体表面向内部切入的问题,也就是常说的“下刀方式”问题。一般有预钻孔下刀、垂直下刀、坡走(往复)下刀以及螺旋插补(螺线)下刀4种方式。在SINUMERIK Operate相关工艺循环中的粗加工和底部精加工都提供了可能的选项。需要根据结构尺寸、刀具功能、加工效率、加工要求等因素综合考虑。

 

1. 预钻孔下刀

如果铣刀不具备沿刀具轴向的进给能力,需要预先使用钻削等工艺加工出直径较大的下刀空间,使铣刀在深度上定位后进行平面内铣削。在SINUMERIK Operate 型腔铣削、纵向槽铣削等工艺循环参数表中都提供该功能;由于需要依据具体轮廓和相关刀具计算下刀位置,在轮廓型腔铣削前,如需预钻下刀空间,则使用单独的工艺循环进行预钻(图1)。

SINUMERIK Operate 铣削下刀方式及工艺应用

图1

2. 垂直下刀

如果整体硬质合金立铣刀的轴向进给能力较强,则可采用垂直下刀。具备这种能力的立铣刀典型结构特征为:齿数少、底刃过中心,比如常用的两齿键槽刀(图2-1),但也要注意控制垂直下刀进给率(跟随参数FZ)和下刀深度,保证良好的排屑。在“铣削-型腔-圆形腔”和“铣削-槽-长孔”加工中如果选择了“平面式”的分层加工则提供垂直下刀方式,其中长孔加工采用两端交替进行的垂直下刀(图2-2)。

SINUMERIK Operate 铣削下刀方式及工艺应用图2-1

 

SINUMERIK Operate 铣削下刀方式及工艺应用

图2-2

3. 坡走(往复)下刀

3.1 坡走(往复)下刀工艺特点和要求

坡走下刀沿斜线切入工件,刀具侧刃和底刃都参与切削,需要有一定长度的下刀空间,比垂直下刀更开放,排屑更好。有垂直下刀能力的整体硬质合金铣刀一般都可以进行较大角度的坡走下刀,但建议使用比正常水平加工时更低的进给。坡走下刀对刀具轴向进给能力的要求比垂直下刀低,也可使用不能垂直下刀的可转位刀片铣刀。但下刀角度受到刀具功能结构的限制(图3-1)。可以进行坡走下刀的铣刀一般具有以下特点:

1)刀片具备一定的底刃加工能力;

2)刀体底部具有避让空间;

3)同样款式的刀具,一般直径越大,最大下刀角度越小。

如果需要往复走刀而非单向坡走,以刀具最大坡走角度往复走刀仍可能损伤刀具实体中心。所以,程序中设定的走刀角度要小于刀具样本上查到的最大坡走角度。同时注意,每层最大切深不能大于刀具侧刃最大切深。

SINUMERIK Operate 铣削下刀方式及工艺应用图3-1

3.2 循环运行方式与控制参数

SINUMERIK Operate 在“铣削-矩形腔”、“铣削-槽-纵向槽/长孔”以及“轮廓铣削-型腔”的加工中都提供了往复下刀方式。下面来具体讨论。

3.2.1   “长孔”加工与刀具直径相同的槽,循环中如果选择“往复”加工方式,其加工路径如图3-2,可以看出:

1)从安全距离SC到槽底Z1采用相同的走刀方式。为避免空刀,在安全逼近和切入工件的前提下SC应较小;

2)DZ定义了最大切深,在DZ内往复走刀一次,往复走刀次数和实际每刀切深由SC+Z1和DZ共同确定;

3)无坡走角度参数,由DZ和槽长L间接控制,要注意保证其不能超过刀具的最大坡走角度;4)最后一刀铣平底面。

SINUMERIK Operate 铣削下刀方式及工艺应用图3-2

3.2.2   “纵向槽”加工中刀具下到指定深度后会按照槽轮廓运行,可加工比刀具直径宽的槽。如采用往复坡走方式下刀则需按照刀具性能设定跟随参数: 最大下刀角度EW,防止上述加工危险。从图3-3中还可以看出以下运行特点:

1)依据DZ分层下刀和加工,每层都进行平面内周边铣削;

2)坡走运行长度由槽的长度控制,在两端折返;

3)SC与DZ合并计算第一层的深度,但其下刀角度仍然受到EW限制;

4)层间SC无效,不抬刀。

SINUMERIK Operate 铣削下刀方式及工艺应用图3-3

3.2.3   “矩形腔”加工中同样要避免刀具以最大坡走角度往复走刀而损伤刀具实体中心(图3-4),强烈建议在输入最大下刀角度EW时要小于所用刀具标明的最大坡走角度。特点包括:

1)系统由每层下刀深度DZ、刀具直径、最大切宽DXY以及EW在型腔内自动计算下刀轨迹。刀具直径越大、切宽越大,则下刀斜线越长,实际下刀角度越小;

2)每层进行平面上的型腔加工并抬刀,SC每层有效,保障切入安全的前提下,较小的SC有助于提高效率。

SINUMERIK Operate 铣削下刀方式及工艺应用图3-4

4. 螺旋插补(螺线)下刀

将在后续文章中进行详细介绍。

*部分图片来源与刀具厂商网站公开资料

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