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CNC加工中刀具的选择与切削用量的确定



　　
　　刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量。CAD/CAM技术的发展，使得在数控加工中直接利用CAD的设计数据成为可能，特别是微机与数控机床的联接，使得设计、工艺规划及编程的整个过程全部在计算机上完成，一般不需要输出专门的工艺文件。
　　现在，许多CAD/CAM软件包都提供自动编程功能，这些软件一般是在编程界面中提示工艺规划的有关问题，比如，刀具选择、加工路径规划、切削用量设定等，编程人员只要设置了有关的参数，就可以自动生成NC程序并传输至数控机床完成加工。因此，数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的，这与普通机床加工形成鲜明的对比，同时也要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则，在编程时充分考虑数控加工的特点。本文对数控编程中必须面对的刀具选择和切削用量确定问题进行了探讨，给出了若干原则和建议，并对应该注意的问题进行了讨论。
　　一、数控加工常用刀具的种类及特点
　　数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要联接刀具并装在机床动力头上，因此已逐渐标准化和系列化。数控刀具的分类有多种方法。根据刀具结构可分为：①整体式；②镶嵌式，采用焊接或机夹式连接，机夹式又可分为不转位和可转位两种；③特殊型式，如复合式刀具，减震式刀具等。根据制造刀具所用的材料可分为：①高速钢刀具；②硬质合金刀具；③金刚石刀具；④其他材料刀具，如立方氮化硼刀具，陶瓷刀具等。从切削工艺上可分为：①车削刀具，分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种；②钻削刀具，包括钻头、铰刀、丝锥等；③镗削刀具；④铣削刀具等。为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求，近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用，在数量上达到整个数控刀具的30%～40%，金属切除量占总数的80%～90%。
　　数控刀具与普通机床上所用的刀具相比，有许多不同的要求，主要有以下特点：
　　⑴刚性好（尤其是粗加工刀具），精度高，抗振及热变形小；
　　⑵互换性好，便于快速换刀；
　　⑶寿命高，切削性能稳定、可靠；
　　⑷刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间；
　　⑸刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除；
　　⑹系列化，标准化，以利于编程和刀具管理。
　　二、数控加工刀具的选择
　　刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。
　　选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。
　　在进行自由曲面加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般取得很能密，故球头常用于曲面的精加工。而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀，因此，只要在保证不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀。另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。
　　在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，按程序规定随时进行选刀和换刀动作。因此必须采用标准刀柄，以便使钻、镗、扩、铣削等工序用的标准刀具，迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。目前我国的加工中心采用TSG工具系统，其刀柄有直柄（三种规格）和锥柄（四种规格）两种，共包括16种不同用途的刀柄。
　　在经济型数控加工中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则：①尽量减少刀具数量；②一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工部位；③粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；④先铣后钻；⑤先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；⑥在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。
　　三、数控加工切削用量的确定
　　合理选择切削用量的原则是，粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。
　　⑴切削深度t。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，t就等于加工余量，这是提高生产率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。
　　⑵切削宽度L。一般L与刀具直径d成正比，与切削深度成反比。经济型数控加工中，一般L的取值范围为：L=（0.6～0.9）d。
　　⑶切削速度v。提高v也是提高生产率的一个措施，但v与刀具耐用度的关系比较密切。随着v的增大，刀具耐用度急剧下降，故v的选择主要取决于刀具耐用度。另外，切削速度与加工材料也有很大关系，例如用立铣刀铣削合金刚30CrNi2MoVA时，v可采用8m/min左右；而用同样的立铣刀铣削铝合金时，v可选200m/min以上。
　　⑷主轴转速n(r/min)。主轴转速一般根据切削速度v来选定。计算公式为：
　　式中，d为刀具或工件直径（mm）。
　　数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调（倍率）开关，可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。
　　⑸进给速度vF 。vF应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。vF的增加也可以提高生产效率。加工表面粗糙度要求低时，vF可选择得大些。在加工过程中，vF也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整，但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。
　　随着数控机床在生产实际中的广泛应用，数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。在数控程序的编制过程中，要在人机交互状态下即时选择刀具和确定切削用量。因此，编程人员必须熟悉刀具的选择方法和切削用量的确定原则，从而保证零件的加工质量和加工效率，充分发挥数控机床的优点，提高企业的经济效益和生产水平。
　　

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MasterCAM8.0在四轴、五轴铣床加工中的应用与技巧



　　
　　MasterCAM8.0新增加了多轴加工模块，但在实际加工应用中数控机床的控制器是不同的，在后置处理时，如果在MasterCAM8.0提供的后置处理文件夹Posts中找不到适合数控机床控制器的后置处理文件，或者经过编辑某通用后置处理文件后，仍不能得到与数控机床控制器相适应的后置处理文件，那么就无法将多轴加工模块得到的NCI文件转化成实际加工中可用的NC程序。

　　笔者在工作实践中，通过适当的转化使某些常用、典型的四轴、五轴加工在MasterCAM8.0上得以实现，并且成功后置处理成适合加工实际的四轴、五轴数控铣床控制器格式的NC程序。

　　一、四轴加工的应用

　　卫生巾切刀成型辊的数控加工主要是通过用平铣刀和锥度成型刀在XK-715M机床（带旋转轴的三坐标数控机床）上实现的。旋转轴上夹持的切刀成型辊相当于第四轴——A轴，刀具在圆柱体上走空间曲线，就得到刀刃的型面。

　　那么，如何建出这条卷在圆柱体上的空间曲线呢？

　　首先，在MasterCAM8.0中，根据切刀理论刃口展开图画出不同刀具的中心轨迹展开图，这是二维曲线。

　　然后，利用主菜单的转换→卷筒→串连，用串连的方式选取刀具轨迹曲线→然后设定卷筒直径、旋转轴X及曲线放置在圆柱体上的位置→确认后再作出与卷筒直径同样大小的圆柱曲面，作为4轴曲线加工的导动曲面，将空间曲线以投影方式投到圆柱面上进行加工。

　　虽然同样是FANUC系统，但XK-715M机床和加工中心控制器的所使用的格式稍有区别，所以在用MasterCAM后处理产生NC程序之前需修改后置处理文件MPFAN.PST。

　　方法如下：进入文件→编辑→*.PST→找到系统默认的MPFAN.PST文件，先作备份，如另存为MPFAN-1.PST文件，然后打开，找到下面清单中的变量rot_ccw_pos : 1，将其改为rot_ccw_pos : 0，并存盘。

　　# Rotary Axis Settings

　　# --------------------------

　　vmc　　 : 1　　 #0 = Horizontal Machine, 1 = Vertical Mill

　　rot_on_x　: 1　　 #Default Rotary Axis Orientation, See ques. 164. #0 = Off, 1 = About X, 2 = About Y, 3 = About Z

　　rot_ccw_pos : 1　　 #Axis signed dir, 0 = CW positive, 1 = CCW positive

　　之后，进入“NC管理”菜单→更改后置处理文件→选中MPFAN-1.PST文件，再对NCI文件进行后置处理，产生符合XK-715M机床的NC格式。

　　二、 五轴加工的应用

　　以在FIDIA系统的T20上加工双角度叉耳内外形为例，说明用MasterCAM8.0实现T20上带固定角度的五轴加工。

　　T20的A、B角的是这样定义的：A角绕X轴旋转，B角绕Y轴旋转，B角是主动角，A角附加在B角上。T20的工作台不旋转，刀头可以作A、B角旋转。在MasterCAM建模时，首先要确定零件实际装夹位置（不超过A、B角定义的范围），构图面选择要与零件实际装夹面一致。

　　加工叉耳内外形时，实际上是T20的刀头旋转固定双角度A、B角，然后走类似三轴的刀具路径，但这种路径相对装夹面来说却是三维空间线。

　　分析最终产生的T20固定角度五轴加工NC程序，首先要加入刀头的A、B角信息，然后再走出三维空间线。

　　1．在MasterCAM 8.0中获得A、B角信息

　　按照上述装夹方式建出叉耳型面后，先作出待挖槽曲面的法失,然后在Front构图面（前视图）分析该法矢的信息，其中的角度信息就是我们要求的B角值；再在3D构图面状态，求出该法矢与Y轴的夹角，就得到A角的值。

　　2．在MasterCAM 8.0中得到实际可用的刀具路径和NC程序

　　先把待挖槽曲面定义成新的构图面,如Number 13，存储后将刀具平面也选为13，然后象作三轴加工一样作出刀具路径。所得到的刀具路径不能直接进行后置处理，因为它带双角度，不能或不一定能后置处理成适合T20 FIDIA控制器的程序格式。所以只有把该刀具路径经模拟后存成几何图素，然后在Top构图面和Top刀具面的状态下，选择该几何图素，作“Contour”加工。加工参数“计算机补偿”和“控制器补偿”均选“OFF”，“刀尖补偿”选择与上次刀具路径一致。如此得到的新刀具路径就相当于帮系统把双角度刀具路径转化成原始构图面（T面）中的刀具路径，将其进行通用后置处理后就得到T20刀头旋转固定A、B角后应走的NC程序。

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Pro/Engineer在加工方面的应用及技巧


　　Pro/ENGINEER的造型功能强大，大家有目共睹。但很多人认为它在加工方面不尽人意，不如UG、CIMATRON等软件。其实，如果掌握一些技巧，Pro/ENGINEER在加工方面还是相当出色的。

　　在Pro/ENGINEER的加工模块中，同样有SURFACE和SOLID功能，Pro/ENGINEER的薄体(SURFACE)、延伸(EXTEND)和剪切(TRIM)功能，使加工过程中刀具的下刀点容易控制，避免直接踩刀，Pro/ENGINEER的基于参数特征也使刀路修改非常方便。

　　周边界延伸（Extend）一段距离（稍大于刀具半径），可以使刀具在下刀时会避开铜料，保证了刀具尤其是第一刀的安全。做好粗加工后，经过后处理形成NC文件。在精加工时，不需重新做一个刀路，只需要打开刚做完的粗加工，重新设置STEP_OVER、PROF_STOCK_ALLOW、TOLERANCE等参数的值（分别是步距、加工余量、公差），点取Play Path及Screen Play，Pro/ENGINEER会重新计算出精加工的刀路。精加工时要铣削的量很少，加工面不必延伸，只需移除（REMOVE）刚才所创建的面，点取Model后再选取顶部曲面，让Pro/ENGINEER再计算一次就行了，不过这里最好把参数OVERTRAVEL_DISTANCE设为0.5mm～1mm，这样，在计算刀路时，刀具会沿着加工面的切线方向走出0.5mm～1mm，保证加工面能被完全铣削。

　　当用轨迹加工方式(Trajectory)铣一块方料时，比如零件尺寸100×50×30mm,　料实际大小为120×70×30mm,单边比料大10mm，怎么办？直接踩刀不行，在Build Cut中，点取Approach（进刀）然后点取Lead In（圆弧进刀），接着用鼠标在已出现的橘黄色的刀具路线上点一合适位置，确认进刀方向，根据系统提示，输入进刀半径12mm，重新Build Cut，点取Exit（退刀），Lead Out（圆弧退刀），确认方向，系统会默认退刀半径为12mm，如图1所示。

　　图1 用轨迹加工方式铣削方料

　　另外，如果发现一块电极切短了，但加工刀路均已做完，只差没做后出理。这时，你只要打开该电极的PRT文件，修改正确的长度值，生成完毕后打开该电极加工文件，只需点菜单Regenerate，Automatic，然后选中Supp Fail和Compute CL，Pro/ENGINEER会自动把所有的刀路按照修改过的电极重新计算一次，速度非常快，而且绝对正确。

　　上面举的一些例子只是Pro/ENGINEER加工的一小部分，它有许多种加工方式，功能相当强大，也非常方便，有一些很好的控制刀具进刀和退刀的方法。

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MasterCAM 9.1新增功能  
网络加密锁(NetHASP)  
购买3套或3套以上Mastercam软件的用户，可以选择网络加密锁（NetHASP)。网络加密锁安装在服务器上，通过网络控制网上安装的Mastercam软件的运行。


在线帮助(Online Help)  
在线帮助文件中增加了Glossary，这些Glossary可被打印。选择Help窗口中的Glossary按钮，再点击Print Glossary按钮即可。

设计新增功能(Design Feature)  
Analyze、Checkmodel功能  
  
分析（Analyze）菜单下的Check model功能可检测单张曲面上的尖棱。在加工曲面时，这些尖棱会出现问题。如果曲面上有尖棱，你可沿棱生成一条曲线，以便需要时修改曲面。

Analyze、Edit功能  
不需移动实体就可在屏幕上观察、编辑注释(Notes)和标号(Lasels)的内容。

Groups  

可更容易控制一个组（group）内实体的颜色。在Screcn\Configure\CAD Settings菜单下,有一个组颜色（Group Colors）选项，它提供了更多的灵活性。

Levels  
在Screen\Configure\Screen下有一个选项，可控制主层（main level）的可见性。

Create  
  
Point/Perpendicular at a Distance

可以产生一个点，该点到实体的距离为指定的长度。该功能最早是为Mastercam线切割模块设计的，现在被添加到所有的模块中。

Point/Small Arc

用此新功能，便可先指定一个圆，系统在所有直径小于此圆的内部（圆心上）生成点。


Surface /Trim/Extend/Fill Hole

该功能根据裁剪曲面上某一条边界，生成一张裁剪曲面，去缝补原裁剪曲面上的孔。

Surface\Trim/Extend\Remove Boundary

该功能与前一个功能类似。不同的是，本功能删除裁剪曲面内部的边界，缝补曲面。

Surface/Draft

  
可用一个平面（Plane）限定Draft曲面的终止位置（以前的版本中，以长度限定Draft曲面的终止位置），这为曲面的建模增加了更大的灵活性。

Pattern

Create\Pattern功能可支持Solid和Dimension等实体。这样就可把一个零件模型中除刀具路径(toolpath)外的所有实体溶于另一个零件模型中。

Fillet/Chain


在Fillet的chain中，增加了CW/CCW选项，用于只产生顺时针圆弧或逆时针圆弧。本选项原本是为线切割用户设计的，现在已添加到所有的模块中。

Translators

IGES转换器现在支持B-Rep表示的Solid。这些Solid被转换成Mastercam系统中的Trimmed Surface。在Solid生成和文件转换中，支持Parasolids 12版本。多个Solids可写入Parasolids文件和SAT文件。所有的SAT转换器支持的ACIS版本，已从原来的6.0升到6.2 。

  
All Toolpaths  
效验功能（Verify）  
新的校验引警(New Verification Engine)

Mastercam V8.1的实体模拟切削功能，引入了新的校验引警（Verificatian engine）它是英国 Lightwork Design有限公司产品。该公司在Rendering领域一直很著名，为CNC Software有限公司提供了一个很好的解决方案。CNC Software公司与Lighwork Design公司的合作很愉快，并会有更多的合作。


速度（Speed）

True Solid和Turbo两种仿真模式的仿真（计算）速度都有提高。校验刀具路径所需的时间减少了很多。

图象质量(Image Quality)

校验结果（Verification Result）的图象质量更完美、更清晰。局部放大后，图象质量与放大前一样清晰，不需重新计算校验结果。

STL毛坯(STL Stock)

  
在使用True Solid模式时，所定义的初始毛坯可用STL文件格式储存。校验的中间结果亦可存为STL文件以备后续校验使用。

STL比较(STL Compare)

校验结果同STL格式的零件模型比较，可显示不同精度下的过切位置。

4轴、5轴效验(4 and 5-axis Verification)

在non-Turbo模式下，均可进行4轴、5轴刀具路径校验。

Mill Toolpath  

General  
自定义刀具（Custom Tool Definition)

用户可自定义刀具的形状和大小。

参考点（Reference Point)

在Tool Parameter对话框中，使用Reference Point选项，可使刀具在相对刀具路径起始位置或终止位置的某一点切入或切出。

2D Tool Paths  
  
变换\平移（Transform\Translate)

在刀具路径平移（Translate)的选项中，增加了ZigZag选项.

变换\General

在刀具路径变换中，使用子程序和不同的编程坐标系编程时，有了更大的自由度。

外形加工（Coutour)

在入刀\退刀(Lead in\Lead out)对话框中,增加了一个选项开关,使用它可以禁止入刀\退刀时检测过切。


形腔加工(Pocket)

在Spiral,Spiral Clean Corners,和Constant Overlap Spiral走刀方式中,都增加了Minimize burial选项。2D或3D Morph Spiral 走刀方式既支持没有孤岛的型腔加工，也支持有多个孤岛的型腔加工。

3D Toolpaths  
尖角报警(Sharp corner warning message)

系统自动检测每个曲面上可能产生错误刀具路径的尖角。如果发现尖角,系统询问用户是删除已生成的刀具路径还是保留。用户这时可用分析(Analyze)菜单项下的Check Model命令发现这些尖角,并修正它们。

清根(Pencle)

  
在Mastercam V8.1中,可限定清根走刀的加工范围。

STL加工(STL Maching)

可以用各种曲面加工方法直接加工STL模型。在曲面加工的第一级菜单项上设置一下,就能激活这一新选项。在加工STL模型时,可控制STL模型的各个方面,以及如何加工它。

Recut Files


Recut 文件及访问它们的按键被重新命名为Regen文件,以消除字面上的误解。 Recut 文件名修改后，不会导致任务管理器中任务项的不一致报警，也不需要重新计算刀具路径。

任务管理器(Operations Manager)  
Chain Manager  
在Chain Manager的右键菜单中，增加了分析串的功能。

显示选项(Display options)  
在Display option中增加了一个新的选项,用于删除空的任务组(empty operation group)。

高速切削(High Speed)  
  
高速切削功能是从V7.0版引入的功能,现在可以支持用STL定义毛坯。


Lathe ToolPaths  
毛坯识别(Stock Recognition)  
车削编程已可识别毛坯的定义,并在生成刀具路径时考虑这一信息。可以根据前次加工所剩毛坯的信息来编程。这一新特点可极大的减少空走刀,提高切削效率。

支持立式刀架(Vertical Turret Lathe support)  

在Job Setup中有一个开关,可用于切换零件模型的方位。以适应垂直刀架车床（VTL)的编程。

螺纹加工(Threading)  
增加了Peck和ZigZag两种螺纹加工方法。

快速切断(Quick Groove)  
在快速切断的参数设置中，增加了多个选项。

自动毛坯调整(Automatic Stock Adjustment)  
  
系统能够自动调整毛坯，以控制入刀和退刀,无需通过修改几何形状来控制入刀\退刀。

C-Hook功能StockView(Stockview C-Hook)  
C-Hook功能StockView.dll可生成一个用曲面或用Solid表示的车削刀具路径。按组合键Alt+C可选择运行StockView.dll程序。通过该程序的各菜单项，可观察所生成的车削刀具路径。

Wire Toolpaths  
相关性(Associativity)  

在MasterCAM Wirecut V8.1版本中，刀具路径与几何模型等有完全相关性。这使得线切割刀具路径的生成和修改更方便、快捷。在用户介面上，也有很多改进和增加，以下列出部分：

校验（Verification）

校验程序现在可用于线切割刀具路径的校验。

仿真（Backplot)

Backplot现在也有一个Verfy功能选项。它可以用SHADE的方式显示每次走刀的路径，用户可以更好地知道加工后零件的形状。

  
Wirepath Preview

在产生线切割软件时，你可以在Shade状况下观察每次走刀路径的形成。在观察时，对每次走刀路径，还可以选择接受或不接受。对于没有被接受的走刀路径，在任务管理器（Operation Manager）中都会产生一个对应的任务项（Operation）。利用该任务项，可以很方便地编辑、修改和重新生成没有被接受的刀具路径。该功能可在Screen、Configure 、NC Settings中设置。

Expand operation

可以用窗选法选择多条待加工的走刀路线，并为每条生成的刀具路径，产生对应的任务项（在任务管理器中）。

自动打断几何实体（Auto Break Geometry）

当用窗选法选择待加工的走刀路线后，系统可以自动打断与穿丝点(Thead Point）或切入点（Cut Point）垂直的几何实体。

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加工




处理大型，复杂模型



自动识别零件形状和毛坯信息



高效的去处材料



用检查面来定义铣削边界



提供多轴加工能力



利用模板使相似的程序编制自动化



模拟连续铣削



检验加工结果

残留毛坯知识







可定义任何形状的毛坯



可以使用预先定义的几何形状作为毛坯



随着每个加工顺序毛坯信息自动更新



使用更新的毛坯信息使后序的刀具轨迹最优



分析零件理论模型与残留毛坯的差异

精加工和清根










使用先进的精加工策略：等高线、放射线和平行线加工、残留区域清根，笔式加工及采用有斜率分析的铣削加工



利用高速铣削加工技术和刀具载荷分析技术来获取高质量的曲面加工效果

曲面铣削









易于处理大型和复杂几何模型的加工



提供真正的三维步距的加工轨迹



可以对不同的加工面设置不同的加工余量



提供丰富的刀路编辑技术

补充（精细）加工








利用基于斜率分析的加工策略



优化剩余区域加工



在垂直区域进行精加工时使用等高线加工



在平缓区域里使用环形轨迹的加工



在沿着轮廓铣削中保持顺铣/逆铣方式

5轴铣削








提供连续/点位的5轴铣削



提供侧刃加工/刀尖加工方式



可以进行刀具前倾角和侧倾角的控制



实现连续邻接曲面的加工



通过用户定义的驱动曲面形状控制刀轴方向和加工边界

高速铣削(HSM)









在任何形式下都可以用NURBS插补输出来支持高速铣削



先进的高速铣削能力：螺旋进刀、园角走刀、层间、行间的圆弧连刀和摆线式



在残留毛坯知识的基础上优化进给速率



通过自动调节进给速度和自动分层来确保恒定的刀具载荷



通过用户自定义曲面来设置刀具的轴向和边界

点位钻孔




在一个程序中实现多轴方式的点位钻孔加工



支持所有钻孔指令循环

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数控车床基本坐标关系及几种对刀方法比较



在数控车床的操作与编程过程中，弄清楚基本坐标关系和对刀原理是两个非常重要的环节。这对我们更好地理解机床的加工原理，以及在处理加工过程中修改尺寸偏差有很大的帮助。
一、基本坐标关系
一般来讲，通常使用的有两个坐标系：一个是机械坐标系 ；另外一个是工件坐标系，也叫做程序坐标系。两者之间的关系可用图1来表示。

图1 机械坐标系与工件坐标系的关系
在机床的机械坐标系中设有一个固定的参考点(假设为(X，Z))。这个参考点的作用主要是用来给机床本身一个定位。因为每次开机后无论刀架停留在哪个位置，系统都把当前位置设定为(0，0)，这样势必造成基准的不统一，所以每次开机的第一步操作为参考点回归(有的称为回零点)，也就是通过确定(X，Z)来确定原点(0，0)。
为了计算和编程方便，我们通常将程序原点设定在工件右端面的回转中心上，尽量使编程基准与设计、装配基准重合。机械坐标系是机床唯一的基准，所以必须要弄清楚程序原点在机械坐标系中的位置。这通常在接下来的对刀过程中完成。
二、对刀方法
1. 试切法对刀
试切法对刀是实际中应用的最多的一种对刀方法。下面以采用MITSUBISHI 50L数控系统的RFCZ12车床为例，来介绍具体操作方法。
工件和刀具装夹完毕，驱动主轴旋转，移动刀架至工件试切一段外圆。然后保持X坐标不变移动刀具远离工件，测量出该段外圆的直径。将其输入到相应的刀具参数中的刀长中，系统会自动用刀具当前X坐标减去试切出的那段外圆直径，即得到工件坐标系X原点的位置。再移动刀具试切工件一端端面，在相应刀具参数中的刀宽中输入Z0，系统会自动将此时刀具的Z坐标减去刚才输入的数值，即得工件坐标系Z原点的位置，参见图2。
例如，2#刀刀架在X为150.0车出的外圆直径为25.0，那么使用该把刀具切削时的程序原点X值为150.0-25.0=125.0；刀架在Z为180.0时切的端面为0，那么使用该把刀具切削时的程序原点Z值为180.0-0=180.0。分别将(125.0，180.0)存入到2#刀具参数刀长中的X与Z中，在程序中使用T0202就可以成功建立出工件坐标系。
事实上，找工件原点在机械坐标系中的位置并不是求该点的实际位置，而是找刀尖点到达(0，0)时刀架的位置。采用这种方法对刀一般不使用标准刀，在加工之前需要将所要用刀的刀具全部都对好。

图2试切法对刀
2. 对刀仪自动对刀
现在很多车床上都装备了对刀仪，使用对刀仪对刀可免去测量时产生的误差，大大提高对刀精度。由于使用对刀仪可以自动计算各把刀的刀长与刀宽的差值，并将其存入系统中，在加工另外的零件的时候就只需要对标准刀，这样就大大节约了时间。需要注意的是使用对刀仪对刀一般都设有标准刀具，在对刀的时候先对标准刀。
下面以采用FANUC 0T系统的日本WASINO LJ-10MC车削中心为例介绍对刀仪工作原理及使用方法。对刀仪工作原理如图3所示。刀尖随刀架向已设定好位置的对刀仪位置检测点移动并与之接触，直到内部电路接通发出电信号(通常我们可以听到嘀嘀声并且有指示灯显示)。在2#刀尖接触到a点时将刀具所在点的X坐标存入到图2所示G02的X中，将刀尖接触到b点时刀具所在点的Z坐标存入到G02的Z中。其他刀具的对刀按照相同的方法操作。

图3 对刀仪工作原理
事实上，在上一步的操作中只对好了X的零点以及该刀具相对于标准刀在X方向与Z方向的差值，在更换工件加工时再对Z零点即可。由于对刀仪在机械坐标系中的位置总是一定的，所以在更换工件后，只需要用标准刀对Z坐标原点就可以了。操作时提起Z轴功能测量按钮“Z-axis shift measure”，CRT出现如图4所示的界面。

图4 对刀数值界面
手动移动刀架的X、Z轴，使标准刀具接近工件Z向的右端面，试切工件端面，按下“POSITION RECORDER”按钮，系统会自动记录刀具切削点在工件坐标系中Z向的位置，并将其他刀具与标准刀在Z方向的差值与这个值相加从而得到相应刀具的Z原点，其数值显示在WORK SHIFT工作画面上，如图5所示。

图5 WORK SHIFT工作界面
三、小结
以上根据笔者在多年的数控机床编程与操作中积累的一些经验与体会，介绍了在数控车床操作中容易犯错的几个地方，所述内容皆经过笔者的实际操作验证。

wangjh

文章不错，谢谢共享！

wangjh

本版好像已经有了相关内容，不过还要感谢您对本版的支持