对于数控铣床切入切出编程方法的应用

孙茂原

摘 要：机械产品中的众多零件都有内外轮廓的基本外形，内外轮廓的精确性伴随着经济发展、工业进步，愈发提高。内外轮廓的精确性会受到轮廓加工中的进刀点和退刀点位置的重要影响，一旦进刀退刀的加工方法不对或不准确，零件报废率便会提升，严重影响出产工件质量和产品质量、工程效率。工件加工过程中，圆弧切入切出法是应用广泛的编程方法。但目前，既成数控系统基本没有成熟的指令，因此在加工中的加工人员的程序编写成为研究的重点。本文结合实际， 在数控加工中进退刀问题进行探讨， 并总结选用原则，提升加工效率。

关键词：数控编程；切入切出；刀具半径补偿

1.引言

数控铣削加工的工艺设计是在普通铣削加工工艺设计的基础上进行研发。一般情况下，某个零件并不是所有的表面都需要采用数控加工，应该根据加工要求和企业的生产实际，来确定加工要求，例如，由直线、圆弧、非圆曲线及列表曲线构成的内外轮廓；空间曲线或曲面等。机械产品中的众多零件都有内外轮廓的基本外形，内外轮廓的精确性伴随着经济发展、工业进步，愈发提高。随着数控技术的发展，这种精度的需求在一定程度上得到满足，CAD等制图软件的发展为这种可能的实现提供了强有力的技术支持。工件的曲面造型设计和加工造型的实现越发容易，工件的高精度设计需求得到实现。很多软件具有实体造型功能，例如UG、MasterCAM等。实体造型具备不可替代的方便性、灵活性和快捷性，基于此，数控过程中的造型设计和制造得到广泛应用。工件的实体造型形成的曲面，在一定程度上影响进退刀的精度，并影响高品质生产效率。本文基于此重点研究曲面工件数控加工进退刀编程方法。

切入切出路径是刀具从工件外轮廓进入内部和加工完将刀具引出到轮廓外边的过渡段。数控铣床加工内外轮廓的方法一般有两大方向，一个是直线切入切出，另外一个是圆弧切入切出方法。直线切入切出编程法是最基础的方法，它的主要特性适用于初学者练习编程，简单易学但精度较低。但是在实际生产时，工件的精度要求较高，因此，直线切入切出并不适用，一般情况下都会采用圆弧切入切出的方法来编程。考虑到现在市场上仅有德国的海德汉数控系统等少数系统具有成熟指令，因此大多数依旧需要工作人员实体进行加工程序的编写。

2.对刀点选择

对于数控机床来说，确定刀具和工件的相对位置对后期编程的实现具有重要意义。而这一位置的实现就是通过对刀点。对刀点是确认刀具和工件相对位置的基准点。目前对刀点的选择原则包括：程序编制更简单；容易找正、便于确定加工原点的位置；检验方便、可靠的位置；加工精度应提高。

對刀点既可以设计在加工零件上，也可以设置在机床上，最好设置在设计基准或者工艺基准上。比如常见的以外圆或孔定位的零件就可以取其中心与端面的交点。数控铣床的对刀过程可以划分为以下步骤：一是机床回参考点，确认机床坐标系；二是装夹工作毛坯；三是对刀测量；四是计算设定值。换刀点在选择上采取手动换刀，因此换刀点要设计在零件外面。

3.切入切出方法

一是沿延长线切入切出。常见零件轮廓基本由直线圆弧组成，在交界处会出现棱角，沿着相交元素的延长直线或者弧线进行切入切出的方法就是沿延长线切入切出。

二是沿切线切入切出。针对平面凸台零件，如果轮廓是圆弧，无棱角，无延长线，那么就可以做切线，并由切线切入，加工后反向切出，减少刀痕。

三是沿切圆弧切入切出。针对平面凹槽类工件，在从内测圆弧切入，加工后从另一端切出，减少刀痕的方法就是沿切圆弧切入切出。

4.加工进退刀方式的选用原则

一是若待加工曲面边界敞开、无夹具，应延伸曲面或者设计更大范围的覆盖曲面，从外围边界开始加工。直线走刀，这种方法程序段少最大限度保证母线的直线度，直纹造型。

二是若待加工曲面边界受限，那么这时候刀具做不到任意进退，这时就要尽量减少干涉的出现。

三是若要二维加工精度要求较高的零件曲面，不可垂直法向切入。这个时候应当接触零件的曲面的延长线。再从延长线角度进行切入，打造高质量零件。这个时候，进退刀也都要从延长线角度出发（如图2）。若为沿延长线，而是沿法向切入，工件便会落下刀痕。同时，在加工过程中要连续，不要停顿出现接刀痕（如图3）。若不可避免发生垂直刀法，就要让刀具远离工件，再进行垂直切入，同时建立刀补。

四是铣削内槽封闭曲面的切入或切出不可外延，要求沿曲面法线走刀（图4）。

五是三维铣削加工的走刀可以划分为潜入式进退刀、水平进退刀、法向进退刀、切向进退刀共4种方式。这四种方式具有不同特点，其中，潜入式进退刀适用于凸型面，水平进退刀刀具切入和切出都是平行于平面的。法向进退刀的引导线事法向于被加工表面的，而与之存在明显区别，切向进退刀的事引导线切于被加工表面的。

5.曲面进退刀方式选择及数控生成

在实操中，进退刀方式涉及到三种：一是垂直进退刀。球头铣刀用行切法，就是说，球头铣刀加工工件廓后，其产生的切点轨迹是一行一行的。如果进刀点采取垂直方式切入，刀具是自上向下钻到工件表面，一般不被使用。二是采用近似的方法使每行进退刀从曲面外进行。三是以比被加工曲面大的曲面生成刀具轨迹。生成曲面的同时，以大曲面覆盖或延伸并进行刀具轨迹生成，这一方法并被广泛采用。数控程序的生成和加工就是要在加工模型基础上，进一步进行机床设置、刀具设置、加工方法设置等等参数设置，在这之后设定曲面的加工范围，创建刀具路径。

参考文献：

[1] 张继红，曹勇，《实验室科学》，2007年第3期；

[2] 韩勇娜，王立芸，《时代农机》，2018年12期；