高速加工高級(jí)應(yīng)用之編程策略培訓(xùn)綱要

1、高速加工高級(jí)應(yīng)用之編程策略培訓(xùn)綱要一、 高速加工的目標(biāo)：1、高精度2、高光潔度3、最短的加工時(shí)間二、影響高速加工效果的因素：?精確的刀路編程?堅(jiān)固耐用, 重心低之機(jī)床結(jié)構(gòu)?快速 , 穩(wěn)定性高的控制系統(tǒng)?快速準(zhǔn)確的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)?高速 , 高扭力 , 高精度主軸?堅(jiān)固 , 同心度高的夾刀頭?強(qiáng)大的技術(shù)支援四、高速加工的定義：60多年前，salomon提出高速加工的概念，并對(duì)高速加工進(jìn)行了深入的研究，其研究成果表明： 隨著切削線速度的增加， 溫度及刀具磨損會(huì)劇烈增加，當(dāng)切削線速度達(dá)到某臨界值時(shí)，切削溫度及切削力會(huì)減小，后又隨著切削速度的增加而急劇增加。不同材料有不同的加工臨界值，有其高速加工的特定范圍。

2、刀具材料與質(zhì)量是高速加工最主要的限制條件之一，故高速加工不僅決定于主軸速度與刀具直徑，還與所切削的材料、刀具壽命及加工工藝等綜合因素有關(guān)。高速加工是淺切削快進(jìn)給加工方式，所以傳統(tǒng)的大切深側(cè)刃加工不適合于高速加工，通常粗加工鋼料時(shí)ap 為刀具直徑的 5% 左右，ae 可取刀具直徑的35%-45% ，平底刀由于刀尖較薄弱一般不適合用于高速加工的粗加工。五、涂層可延長(zhǎng)刀具的使用壽命：涂層材料涂層材料須具有硬度高、耐磨性好、化學(xué)性能穩(wěn)定、不與工件材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、耐熱耐氧化、摩擦因數(shù)低，以及與基體附著牢固等要求。顯然，單一的涂層材料很難滿足上述各項(xiàng)要求。所以硬質(zhì)涂層材料已由最初只能涂單一的 tic、t

3、in、al2o3，進(jìn)入到開發(fā)厚膜、復(fù)合和多元涂層的新階段。新開發(fā)的ticn、tialn 、tialcn 多元、超薄、超多層涂層與tic、tin、al2o3等涂層的復(fù)合，加上新型的抗塑性變形基體，在改善涂層的韌性、涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度、 提高涂層耐磨性方面有了重大進(jìn)展。目前，又突破了在硬質(zhì)合金基體上涂覆金剛石薄膜技術(shù)，全面提高了刀具的性能。工藝最成熟和應(yīng)用最廣泛的硬質(zhì)涂層材料是tin，但 tin 與基體結(jié)合強(qiáng)度不及 tic 涂層，涂層易剝落，且硬度也不如tic 高，在切削溫度較高時(shí)膜層易氧化而被燒蝕。tic 涂層有較高的硬度與耐磨性，抗氧化性也好，但其性脆，不耐沖擊。 ticn 兼有 tic 和

4、 tin 兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，它在涂覆過程中可通過連續(xù)改變c、n 的成份控制 ticn 性質(zhì)，并形成不同成份的多層結(jié)構(gòu)，可降低涂層的內(nèi)應(yīng)力，提高韌性，增加涂層的厚度，阻止裂紋的擴(kuò)展，減少崩刃。 ticn 基涂層適于加工普通鋼、合金鋼、不銹鋼和耐磨鑄鐵等材料，用它加工工件時(shí)的材料切除率可提高23 倍。tialn 、crc、crn、tialcn 是近幾年來(lái)開發(fā)的硬質(zhì)涂層新材料。tialn涂層刀片已商品化。它的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化磨損性能好，用其加工高合金鋼、不銹鋼、鈦合金和鎳合金時(shí)的刀具壽命可比tin 涂層高 34 倍。此外， tialn 涂層中如果有合適的鋁濃度，切削時(shí)在刀具前刀面和切屑的界面上還會(huì)產(chǎn)

5、生一層硬質(zhì)的惰性保護(hù)膜，該膜有較好的隔熱性，可更有效地用于高速切削。 tialn 涂層，是專為高速銑削合金鋼、高合金鋼和不銹鋼等高性能材料而設(shè)計(jì)的。crc 和 crn 是一種無(wú)鈦涂層，適于切削鈦和鈦合金、銅、鋁以及其它軟材料，化學(xué)穩(wěn)定性好，不產(chǎn)生粘屑。tialcn 是一種梯度結(jié)構(gòu)涂層， 不僅具有高的韌性和硬度， 而且摩擦因數(shù)也較小，適用于銑刀、滾刀、絲錐等多種刀具，切削性能明顯優(yōu)于tin。六、從切屑顏色一判別切削區(qū)域溫度的高低：切屑溫度由到高的顏色是：白色、金黃色、紫色、藍(lán)色、黑色，紫色是較合適的溫度。七、模型精度不足是產(chǎn)生刀痕的主要原因：cad 模型的精度必須高于cam 系統(tǒng)的精度，尤其是在

6、高速銑時(shí)更應(yīng)提高cad 模型的精度。高速銑的優(yōu)勢(shì)之一就是表面精度高，但其前提條件是有一個(gè)高精度的模型。精度的影響加工精度高、熱分布小和加工表面質(zhì)量高，均是高速加工的優(yōu)勢(shì)；卻看到一個(gè)奇怪的現(xiàn)象用於建立零件模型的公差，比最終的加工公差為大。數(shù)據(jù)交換是影響精度問題的根本原因。零件通常由一個(gè)cad 系統(tǒng)設(shè)計(jì)，然后轉(zhuǎn)換至另一個(gè) cad 系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)充設(shè)計(jì)和加工準(zhǔn)備。每次進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，都需要將幾何形體由一種格式轉(zhuǎn)換至另一種格式，有些轉(zhuǎn)換涉及按極限公差近似。由於這些公差屬於累積，設(shè)計(jì)零件模型時(shí)必須將零件模型的公差，設(shè)定為最少比精加工公差小十倍。八、加工策略的基本點(diǎn)是：盡可能地保持刀具負(fù)荷的穩(wěn)定，從而最大限度

7、地延長(zhǎng)刀具的使用壽命；盡可能地減少任何切削方向的突然變化，從而盡量減少切削速度的降低。要滿足上述的這些條件，則在粗加工中，必須使用環(huán)繞加工策略，而不是使用傳統(tǒng)的平行加工策略。粗加工中最好使用順銑，因?yàn)槭褂庙樞蚩蓽p少刀具磨損。高速銑削編程時(shí)需要注意的幾個(gè)原則：a. 高進(jìn)給，高轉(zhuǎn)速，低切削量是基本原則b. 開粗時(shí)使用螺旋進(jìn)刀，螺旋角度3o-5 o, 螺旋半徑大于刀具半徑 ,螺旋高度大于每層切深0.5-1mm c. 應(yīng)盡量沿工件較長(zhǎng)的方向走刀，減少換向次數(shù)和空刀d. 應(yīng)保持刀具軌跡的平滑與平穩(wěn)過渡，切削方向（順銑/ 逆銑）應(yīng)保持恒定，應(yīng)避免切削方向突然變化，避免突然加速或減速，從而盡量減少切削速度的

8、降低e. 盡量采用兩軸聯(lián)動(dòng)，以減小程序量，提高數(shù)控系統(tǒng)的處理速度，加快加工速度f(wàn).除非情況必須如此，否則仍應(yīng)避免全力寬切削。g. 殘余量加工或清根加工是提高加工效率的重要手段，一般應(yīng)采用多次加工或采用系列刀具從大到小分次加工，直至達(dá)到所需尺寸，避免用小刀一次加工完成。h. 切削角落時(shí)，刀具半徑應(yīng)相對(duì)小于角落半徑，以保持最大接觸距離小于切削刀具周長(zhǎng)的30% 以下。這樣可使刀具得到足夠的冷卻，同時(shí)避免刀具進(jìn)入角落時(shí)刀具負(fù)荷的突然增加及摩擦增加，引起彈刀等不利現(xiàn)象。九、高速加工中碰到的一些問題：1. 什么是高速切削 ? 2. 高速切削的要求 ? 3. 什么是重切削及輕切削和有效切削? 4. 高速加工

9、的最終目的 . 1.什么是高速切削 ? 高速切削是一種把cnc(加工中心 )生產(chǎn)能力提至另一層次的一種新的加工方式.如精確度 ,加工時(shí)間 ,表面度及加工工件硬度等都大大提高了其生產(chǎn)效率,減少了很多不必要工序 ,如 edm( 火花機(jī) ),磨床.等等及工件亦能夠在經(jīng)過熱處理(hrc68 以下)后再次加工 .所以 high-speed cnc 是 cnc 加工的新方向 ! 2.高速切削的要求cad/cam程式在 cad/cam的技巧不斷提升時(shí) ,我們亦要求了很多不同繪圖技術(shù)及加工技術(shù),繪圖技術(shù)一般都是軟件提供,然后經(jīng)過人員的熟練度發(fā)揮出來(lái)的,只要對(duì)圖形圖紙了解就可以了 ,而加工技術(shù)不但需要人員對(duì)圖形

10、的了解,而且要求了解機(jī)床效能1. 高速行走時(shí)的穩(wěn)定性 / 2. 冷卻系統(tǒng) (如:oil,coolant,gas 或 oil-mist 等) 3. 處理程序數(shù)據(jù)速度4. 主軸轉(zhuǎn)速 . 5. 自動(dòng)直角在減速 . 6. 簡(jiǎn)易的操作系統(tǒng) , 刀具1. 適合任何的加工金屬 . 2. 刀具是否有涂層 . 3. 刃口的多與少 . 4. 刀具的價(jià)格 . 5. 刀具的材料 . 刀具,工件,機(jī)床等等的一些問題 ,所以在普通 cnc 加工時(shí)遇不到的問題會(huì)在高速 cnc 加工時(shí)遇到 ,而且會(huì)有很嚴(yán)重的后果! 另外大家都會(huì)發(fā)現(xiàn)程式容量越來(lái)越大,因?yàn)槌淌降募庸し绞?,精度要求和加工零件的復(fù)雜度亦提高了很多,自然程式容量也

11、提高了 ,所以現(xiàn)代機(jī)床必須要有大容量的硬盤才能解決程式容量的問題.在減少程式容量 ,還有 nurbs,它能把程式容量減少 80%以上,但它只對(duì) spline 的零件才有效 ,直線和圓是沒有太大的效果. 3.什么是重切削及輕切削和有效切削? 重切削是一種高切削量 ,低切削轉(zhuǎn)速及切削速度的一種加工方式.一般都應(yīng)用于舊式加工中心及粗加工中. 好處: 1.一般程式上沒有限制 . 2.大的切削量 . 3.刀具沒有限制 . 4.不需要理會(huì)程式 (加工方式 ) 壞處: 1.低精確度 . 2.加工時(shí)間長(zhǎng) . 3.表面度差 . 4.不能加工高硬度工件. 5.對(duì)機(jī)床傷害度高 . 6.需要承受較大的壓力 . 輕切削

12、是一種低切削量 ,高切削轉(zhuǎn)速及切削速度的一種加工方式.一般都應(yīng)用于新式加工中心及精加工.好處: 1.高精確度 . 2.加工時(shí)間短 . 3.表面度好 . 4.能加工高硬度工件. 5.對(duì)機(jī)床傷害度低 . 壞處: 1.程式很多的限制 . 2.不能大量切削 . 3.刀具上有限制 . 有效切削是重切削和輕切削的混合體,是一種高切削量和切削速度的加工方式.一般使用于粗加工上 ,但要使用有效切削必須要注意刀具和程式的配合 ,還有機(jī)床的穩(wěn)定和主軸的轉(zhuǎn)速. 好處: 1.加工時(shí)間短 . 2.能加工高硬度工件 . 壞處: 1.程式很多的限制 . 2.刀具上有限制 . 3.要求機(jī)床的穩(wěn)定性較高 . 4.高速加工的最終

13、目的 . 高速加工的最終目的是提高生產(chǎn)效率 ,減少不必要的工序 , 降低成本 .等等的加工方式 . 精密切削注意事項(xiàng)1在一般的精密加工過程中,我們需要注意加工時(shí)的刀具、工件和程式，這些可以改變精度的參數(shù)。2刀具 -刀補(bǔ)是調(diào)動(dòng)精度的好幫手。3工件 -它的擺動(dòng)會(huì)把精度帶走。4程式 -它是靈魂，可以改變工件的精度、表面粗糙度、垂直度等，一些重要的參數(shù)。5鐵屑 -它是傷害刀具的主要原因。夾具（ fixture ）1 夾具的設(shè)定亦是非常重要的，它是控制加工時(shí)工件的穩(wěn)定性。因?yàn)闆]有一個(gè)夾具是可以?shī)A住任何的工件，所以一般我們都需要做一些專用夾具。2 夾具的設(shè)定必須配合加工的刀路。3 設(shè)定夾具時(shí)必須注意會(huì)否導(dǎo)

14、致工件變形。4 注意定位位置。5 注意是否每個(gè)切削面都是平均受力。切削金屬aluminums （鋁）：是一種容易切削的材料但亦比較軟。copper & brass （銅）：是一種容易切削的材料，本身亦比較脆。steel（鋼）：耐磨性比較高，亦需要注意不同的材料成份。hardened steel（超硬鋼）：硬度高、較脆， 6068hrc 時(shí)是一種比較難加工的材料。良好的刀具使用方法1直角刀-盡量使用在垂直面切削。2球頭刀-一般使用在粗糙平面、精準(zhǔn)斜面及曲面等加工面。3平低弧角刀 -一般使用在粗削與精削中的平面、斜面及曲面等加工面。4刃數(shù)越多表面度越好，但轉(zhuǎn)數(shù)需要減少。5軟的金屬使用刃數(shù)較

15、少的刀具，硬的金屬使用刃數(shù)較多的刀具。6切削一些較硬的鋼材，使用有涂層的刀具。7使用一些少于內(nèi)弧位的刀具（r=0.7r）。良好的切削條件1使用順銑（ down cut ）。2使用比較短的刀具。3減少切削量。4使用一些少于內(nèi)弧位的刀具。5切削高硬度工件時(shí)，使用多刃數(shù)的刀具。6切削低硬度工件時(shí)，使用少刃數(shù)的刀具。7需要有一個(gè)平均的切削量。8小心全直徑（ full-diameter ）切削。如有把feedrate 調(diào)低。機(jī)床和程式一般編程人員認(rèn)為在程式上把精度（tolerance）改小，就能提高加工零件的精度，或光潔度。但這只能提高程式上的精度，而沒有提高加工零件的精度或光潔度，因?yàn)樵跈C(jī)床上亦提供了

16、增加其精度（tolerance）的功能，我們亦需要相對(duì)的把機(jī)床的精度改小，才能加工出高精度，高光潔度的零件。機(jī)床應(yīng)用一般應(yīng)該具備的功能1巧玲瓏軸（ spindle）：主軸轉(zhuǎn)數(shù)的高低直接影響加工材料的光潔度及使用的刀具大小。2光柵尺（ glass scale）：動(dòng)態(tài)加工時(shí)的進(jìn)刀、出刀及其精度的控制。3機(jī)床結(jié)構(gòu)：加工時(shí)機(jī)床是否有擺動(dòng)。4處理系統(tǒng)：處理數(shù)據(jù)的速度、刀具數(shù)字庫(kù)和模擬預(yù)試。5輔助工能： nurbs，中心運(yùn)水 /氣，測(cè)量系統(tǒng)。主軸（ spindle）一般主軸都分為合金珠主軸，陶瓷主軸及氣動(dòng)主軸。合金珠主軸陶瓷主軸氣動(dòng)主軸轉(zhuǎn)速比低速轉(zhuǎn)動(dòng)高速轉(zhuǎn)動(dòng)極速轉(zhuǎn)動(dòng)主軸扭力大小極小切削方式大量切削有效切削

17、近乎磨加工方式粗、精加工粗、精加工精加工合適刀具?1mm 以上?006mm?16mm ?03mm?8mm 處理系統(tǒng)每一種機(jī)床都有自己不同的操作系統(tǒng)，但是最基本的要求是系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)后和傳輸?shù)郊庸そ邮盏臄?shù)據(jù)速度配合，因?yàn)楝F(xiàn)時(shí)有很多機(jī)床都有傳輸速度太慢，導(dǎo)致切削刀路有間歇跳動(dòng)，加工后的零件有振紋，亦會(huì)對(duì)刀具和主軸做成損傷，所以一個(gè)完善的系統(tǒng)是很重要的。機(jī)床的要求以下是舊式機(jī)床和現(xiàn)代機(jī)床的比較：舊式機(jī)床新式機(jī)床傳輸方式dnc，磁碟，手動(dòng)dnc，磁碟，手動(dòng)， network 處理數(shù)據(jù)dnc，磁碟硬盤，dnc 座標(biāo)儲(chǔ)存6 個(gè)255個(gè)磁碟容量516k（小容量）2gmb （大容量）模擬器附加基本對(duì)刀器/倉(cāng)庫(kù)附

18、加基本要求精度001mm 0005mm 程序容量100k（小容量）1mb（大容量）nurbs 附加基本冷卻液（水 /油）油霧主軸運(yùn)水主軸運(yùn)水是一種比較合適于深孔加工，而且是冷卻液不能滲透的位置。主軸運(yùn)水的過程一般都是冷卻液經(jīng)過主軸中心刀夾中心刀具中心，然后到達(dá)削割口發(fā)揮冷卻和排削的能力。一般主軸運(yùn)水是在加工深孔，如果在加工普通的加工上，主軸運(yùn)水是發(fā)揮不到應(yīng)有的冷卻功效。在立式cnc，因受到地心吸力的影響，在加工太深的孔時(shí)， 冷卻的能力及排削都發(fā)揮不了應(yīng)有的功能。但在臥式 cnc，亦同樣受到地心吸力的影響，但其功能沒有減少，而冷卻及好處：1 效果佳。2 深孔加工，效果好。3 油性冷卻液使用壽命長(zhǎng)

19、及臭味低。壞處：1 種類多，效果不一至。2 會(huì)把涂層刀具使用壽命縮短。3 主軸轉(zhuǎn)速高，易起霧。4 使用油性冷卻液時(shí)， 小心切削過熱導(dǎo)致燃燒。好處：1 涂層刀具使用壽命延長(zhǎng)。2 可以提高高速加工的效果。壞處：1 價(jià)格比價(jià)高。2 深孔加工，效果差。3 有臭味。4 加工完成后，需要等霧氣散。排削效果都能發(fā)揮到應(yīng)有的水準(zhǔn)。 在主軸運(yùn)水中，刀具需要特別加工多幾個(gè)孔，所以成本成了它的絆腳石。冷卻方式冷卻方式一般問題冷卻液（水）冷卻液（油）氣冷油霧主軸運(yùn)水平面加工（平）最好最好最好較好一般側(cè)面加工（平）最好最好最好較好一般凹位加工（平）最好最好最好較好一般平面加工（高）較差較差較差最好較差側(cè)面加工（高）較差

20、較差較差最好較差凹位加工（高）較差較差一般最好較差孔穴加工較差較差最差最差最好溫度的影響一般來(lái)說溫度是分為室溫和機(jī)械溫度，室溫一是機(jī)床所在的空間， 而機(jī)械溫度一是機(jī)床加工時(shí)產(chǎn)生的溫度， 很多機(jī)床的致命點(diǎn)（如 cnc， w/c， 磨床， cmm 等等的高精密機(jī)床 ,因?yàn)闊崃?huì)使物件燃燒外,還會(huì)影響物件膨脹幅度 ,因此在高精密加工中 ,我們要求平均的溫度 (cnc 和磨床約是 205,w/c 和 cmm等高精密機(jī)器約是202). 結(jié)論主軸是高速加工中心的心臟,而處理系統(tǒng)是高速加工中心的腦部,機(jī)身是高速加工中心的身體 ,在高速加工時(shí)每一部分都是很重要的,不能只是提高了主軸的轉(zhuǎn)速,而沒有提高處理系統(tǒng)和機(jī)身的穩(wěn)定性,因?yàn)槊恳徊糠侄夹枰?/p>