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1 .前言

隨著數控行業的迅速發展 , CAD /CAM軟件的發展也越來越快 ,使工件的曲面造型越來越方便 ,工件造型可以進行實體造型。UG、 Pro /E、 MasterCAM、CAXA等軟件都具有實體造型功能 ,工件在某一軟件中的實體造型 ,還可以在其他 CAD /CAM軟件中讀取 ,進行數控程序的自動生成 ,并在數控機床上加工生產 ,實現 CAD /CAM一體化。實體造型具有極大的方便性、靈活性和快捷性 ,因此 ,在模具設計和制造中得到了廣泛的應用。

工件由實體造型方法生成的曲面 ,是已經修整好了的曲面即“ 裁剪曲面 ” ,沒有多余的覆蓋面 (曲面邊界外的延伸面 ) ,在數控加工中經常會影響加工時的進退刀 ,從而影響生產 ,研究曲面實體的數控加工進退刀方法在生產當中顯得很重要。

2 .曲面實體的數控加工進退刀方式的選用原則

在數控銑削加工中 ,銑刀的進退刀方式對接刀部分的表面質量影響很大 ,其選用原則一般為:

① 當被加工曲面的邊界敞開 ,沒有其他表面或夾具等限制時 ,為安全起見 ,應延伸曲面邊界。或者設計一個能覆蓋被加工曲面的較大的曲面 ,使刀具從曲面的邊界外加工起。如圖 1所示 ,每次沿直線走刀 ,刀位計算簡單 ,程序段少 ,加工過程符合直紋面造型規律 ,保證母線的直線度。

② 當零件曲面的外邊界有其他表面限制時 ,刀具不能任意沿外邊界進退刀 ,避免干涉產生。

③ 二維切削加工時 ,對精度要求較高的工件曲面 ,要避免法向切入工件曲面 ,而應與工件輪廓曲面的延長線相接觸 ,然后沿該曲線切向切入工件輪

廓 ,以保證工件質量。退刀時刀具也必須沿曲線切向退刀 ,然后再返回起點 ,見圖 2。如果沿法向切入 ,會留下明顯的刀痕。應盡量避免在進給中途停頓 ,引起接刀痕 ,見圖 3。如果加工時必須進行垂直切入 /切出引導 ,這時必須使刀具遠離工件進行切入 ,同時 ,建立刀補 ,然后沿要求的軌跡進行切削加工 ,當切削完成時 ,沿切出引導線遠離已加工工件 ,同時撤離刀補。應特別注意在工件被加工曲面處垂直工件表面的方向下刀或抬刀。

④銑削內槽封閉曲面的切入或切出不允許外延。這里可沿工件曲面的法線切入或切出 ,可能時 ,其切入和切出點最好選在工件輪廓曲面兩幾何元素的交點處 ,見圖 4。

⑤ 三維切削加工時 ,刀具的進刀和退刀 ,可以分為以下幾種方法。潛入式進退刀。刀具沿軸線快速進給到安全面 ,然后直接工作進給到待加工表面 ,加工循環結束后快速垂直退到返回點。這種方式適合凸型面。

水平進退刀。刀具沿軸線快速運動到安全面 ,以工作進給速度使刀具垂直運動到引導線起點 ,然后沿引導線使刀具逐步切入工件。加工循環結束后 ,沿引導線切離工件 ,快速退回到返回點。注意 ,刀具切入和切出平行于 XOY平面。

法向進退刀。刀具沿軸線快速運動到安全面 ,以工作進給速度使刀具運動到引導線起點 ,然后沿引導線法向切入工件 ,與水平進退刀不同的是 ,引導線法向于被加工表面。

切向進退刀。與法向切入工件相同 ,區別在引導線切于被加工表面。

3 .應用實例

下面 ,圖 5所示的“ 鞋撐 ” 模型 ,是用實體造型方法繪制的工件三維圖形,在數控銑床上加工出該工件曲面時加工中刀具軌跡生成時的進退刀方法的確定 ,關系到許多重要參數的選取 ,也關系到銑刀運動軌跡的自動生成即數控程序的自動生成

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3 . 1 .進退刀方式的選擇

① 垂直進退刀方式

加工時采用球頭銑刀,用“行切法 ” 加工。所謂行切法 ,就是球頭銑刀加工零件輪廓的切點軌跡是一行一行的 ,行距是按曲面的加工精度要求確定的。在選擇進刀、退刀方法時 ,如果進刀點采取垂直方式切入工件 ,刀具是自上向下鉆到工件表面,這樣很不安全 ,且加工出來的表面質量差,在加工中是不可取的。除非曲面邊界有特殊限制 ,一般不采用這種進刀方式。

② 采用近似的方法使每行進退刀從曲面外進行

刀具切削的第一刀從曲面輪廓外進刀 ,以切入工件 ,刀具切削的最后一刀走到曲面輪廓外 ,再退出工件。然而 ,這樣雖然解決了第一刀進刀和最后一刀退刀的問題 ,但還遠遠不夠 ,因為刀具每一行的進刀和退刀還是在被加工曲面的邊界上 ,被加工曲面的外延邊界會有較多的殘留余量,影響被加工曲面的表面質量 ,給后繼加工帶來不便。對于有的CAD /CAM軟件 ,具有刀具軌跡控制功能 ,可以用來近似地解決這個問題。

例如在 MasterCAM軟件中,可以采取近似的方法進行避免。步驟為:主菜單中選取“刀具路徑 ”— “ 曲面加工 ” — “精加工 ” — “曲面流線 ” — 保存 NCL文件名 — 拾取曲面 — “執行 ” — 彈出“曲面流線精加工 ” 參數表對話框 — 選取“曲面流線參數 ” 表 — 單擊“間隙設定 ” 按鈕 — 彈出“ 間隙設定 ” 對話框 —在“ 邊界處路徑延伸切弧的半徑 ” 中 ,填寫相關數據—在“ 邊界處路徑延伸切弧的角度 ” 中 ,填寫相關數據 — 單擊“ 確定 ” 按鈕 — 選定其它各種需要的參數 — 單擊“ 執行 ” 菜單 — 生成刀具軌跡[ 3 ]

③ 以比被加工曲面大的曲面生成刀具軌跡

在 CAD /CAM軟件中 ,較實用的解決辦法則是在生成曲面的同時 ,作出一個包含被加工曲面的較大的曲面 ,或者對被加工曲面進行延伸 ,生成比原被加工曲面大的曲面 ,并以這個較大的曲面進行刀具軌跡生成 ,這樣 ,在實際加工時 ,刀具的每一行就

不會在被加工曲面內進刀和退刀了 ,也為后繼的加工帶來了方便 ,保證了加工表面的質量。

在 Pr o /E的加工模塊中 ,同樣有曲面和實體功能 , Pro /E的曲面、延伸和剪切功能 ,使加工過程中刀具的下刀點容易控制 ,避免直接踩刀 , Pro /E的基于參數特征也使刀路修改非常方便。周邊界延伸一段距離 (稍大于刀具半徑 ) ,可以使刀具在下刀時會避開銅料 ,保證了刀具尤其是第一刀的安全。做好粗加工后 ,經過后處理形成 NC文件。在精加工時 ,不需重新做一個刀路 ,只需要打開剛做完的粗加工 ,重新設置 STEP_OVER、 PROF_ST OCK_ALLOW、 T OLERANCE等參數的值 (分別是步距、加工余量、公差 ) ,點取 PlayPath (演示軌跡 )及ScreenPlay(屏幕演示 ) , Pro /E會重新計算出精加工的刀路。精加工時要銑削的量很少 ,加工面不必延伸 ,只需移 (REMOVE)剛才所創建的面 ,點取Model后再選取頂部曲面 ,讓 Pr o /E再計算一次就行了 ,不過這里最好把參數 OVERTRAVEL _D IS2T ANCE設為 0 . 5mm～1mm,這樣 ,在計算刀路時 ,刀具會沿著加工面的切線方向走出 0 . 5mm ～1mm,保證加工面能被完全銑削[ 4 ]。