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一、走刀方式

1走刀方式的基本概念

數(shù)控加工中，走刀方式是指刀具完成工件切削時(shí)的軌跡規(guī)劃方式。在對同一個零件加工中，多種走刀方式都可以達(dá)到零件的尺寸及精度要求，但加工效率卻不相同。

 

2走刀方式的分類

走刀方式可化分為4類：單向走刀、往復(fù)走刀、環(huán)切走刀和復(fù)合走刀。復(fù)合走刀是前三種的混合走刀。采用單向或往復(fù)走刀，從加工策略來說都是行切走刀。因此根據(jù)加工策略的不同，走刀方式又可分為行切、環(huán)切和其他特殊方式。通常使用的是行切和環(huán)切。

行切方式加工，有利于發(fā)揮機(jī)床的最大進(jìn)給速度，同時(shí)其切削表面質(zhì)量也好于環(huán)切加工。然而，當(dāng)復(fù)雜的平面型腔帶有多個凸臺從而形成多個內(nèi)輪廓時(shí)，更多數(shù)控編程知識關(guān)注微信公眾號（數(shù)控編程教學(xué)），常常會產(chǎn)生附加的抬刀動作， 即在刀具軌跡某處，或者為避免刀具與凸臺發(fā)生干涉，或者為使刀具回至剩余未加工區(qū)域， 就要讓刀具抬起，使之距加工平面有一定高度，再平移至另外一刀具軌跡起始處，然后繼續(xù)切削動作。

行切加工刀具軌跡主要由一系列與某一固定方向平行的直線段組成，計(jì)算簡單。適用于簡單型腔精加工或去除大余量的粗加工。如圖1—往復(fù)行切刀軌。

環(huán)切加工中刀具沿著邊界輪廓相似的路徑走刀，由一組封閉曲線組成，能保證刀具切削零件時(shí)保持相同的切削狀態(tài)。由于環(huán)切加工是通過連續(xù)偏置構(gòu)造當(dāng)前環(huán)形軌跡圖來計(jì)算下一條環(huán)形軌跡，計(jì)算復(fù)雜且耗時(shí)。適用于復(fù)雜型腔及曲面的加工。如圖2 —環(huán)切刀軌。

 

 

圖1 往復(fù)行切刀軌

 

 

 

圖2 環(huán)切刀軌

 

二、影響走刀方式的因素

 

1工件自身的形狀及幾何要素

工件自身的形狀及幾何要素包括加工域的幾何形狀、島嶼的大小和位置等方面。這是工件本身固有的特性，是屬于不可變化的因素，但卻是決定走刀方式的根本因素。

 

2工藝路線

工藝路線是實(shí)現(xiàn)加工目的的直接過程，是走刀方式選擇的直接依據(jù)。工藝路線決定了加工域的先后順序，島嶼的合并及拆分，粗加工、半精加工、精加工的劃分等。實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的工藝路線有多種，這就決定了走刀方式的不同選擇。

 

3工件材料

工件材料也是決定走刀方式的因素之一，工件材料是直接的加工對象，并不直接影響走刀方式，但會對刀具材料、大小、加工方式等選用產(chǎn)生影響，從而間接影響走刀方式。工件毛坯的形狀和大小等會造成工件各部分的加工余量分配是否均勻，同時(shí)對可選毛坯的工件，利用毛坯大小、形狀的不同，會改變裝夾方式、加工域的重新分配等影響加工策略，導(dǎo)致采取不同的走刀方式。

4工件的裝夾及緊固方式

工件的裝夾及緊固方式也間接影響走刀方式，如壓板產(chǎn)生的新“島嶼”的影響，緊固力對切削用量影響而導(dǎo)致走刀方式的改變，振動對走刀方式影響。

 

5刀具的選用

刀具的選用包括刀具材料、刀具形狀、刀具長度、刀具齒數(shù)等，這些參數(shù)決定了刀具與工件接觸的面積大小和頻率，因而決定了單位時(shí)間里切削材料的體積大小和機(jī)床負(fù)荷，其耐磨程度與刀具壽命則決定了切削時(shí)間的長短。而其中對走刀方式產(chǎn)生直接影響的是刀具大小（即直徑）。由于選取不同直徑的刀具，會影響殘留區(qū)域的大小，造成加工軌跡的變化，導(dǎo)致走刀方式的不同。

 

6加工域選擇

在銑削過程中，當(dāng)復(fù)雜的平面型腔帶有多個凸臺從而形成多個內(nèi)輪廓時(shí)，對于行切常常會產(chǎn)生附加的抬刀動作；對于環(huán)切則會使加工軌跡加長。這種附加抬刀動作或加工軌跡加長，則會嚴(yán)重降低切削加工的效率。因此，如何極大限度地減少這種狀況的次數(shù)就是我們所關(guān)注的一個主要問題。

把整個切削區(qū)域按加工需要分成若干子區(qū)域，分別加工各子區(qū)域，抬刀發(fā)生在各子區(qū)域之間，同時(shí)根據(jù)走刀方式對這些加工子區(qū)域合并或分割，甚至于忽略。這種不同的加工域選擇，既減少了抬刀次數(shù)又不會使加工軌跡的相對變長，同時(shí)可對新區(qū)域采用最合理的走刀方式，提高了加工效率。

 

三、走刀方式的合理選擇

 

1基本選擇原則

選擇走刀方式時(shí)要考慮兩點(diǎn)：一是加工時(shí)間的長短，二是加工余量是否均勻。一般來說，環(huán)切方式是基于工件形狀的走刀方式，加工余量較均勻。而選用行切方式的加工余量較不均勻，若希望行切加工后留下較均勻的余量，通常需要增加圍繞邊界的環(huán)切刀軌。若忽略余量不均勻性要求，更多數(shù)控編程知識關(guān)注微信公眾號（數(shù)控編程教學(xué)），行切走刀的刀軌長度通常是比較短的；若考慮余量的不均勻性而增加環(huán)切刀軌，當(dāng)加工區(qū)域邊界較長（如多島嶼情況），則圍繞邊界的環(huán)切刀軌對總的加工時(shí)間影響比較明顯，行切刀軌一般會比環(huán)切刀軌長。行切走刀刀位容易計(jì)算，占用內(nèi)存少，但抬刀次數(shù)較多。采用環(huán)形刀軌時(shí)，則需要多次對環(huán)邊界進(jìn)行偏置并清除自交環(huán)。

2根據(jù)外形特征選擇

工件外形特征決定了加工的走刀方式。根據(jù)加工客體的不同，可將工件簡單的分成平面形腔類和自由曲面類。平面形腔類一般采用行切方式加工，由于該類工件多為毛坯整體掏銑加工成型，如盒體、基座等零件，加工余量較大，采用行切方式有利于發(fā)揮機(jī)床的最大進(jìn)給速度，提高加工效率，同時(shí)其切削表面質(zhì)量也好于環(huán)切加工。

自由曲面類一般采用環(huán)切加工，主要是由于曲面多為鑄件或由規(guī)則形狀加工成型，余量分布不均勻，同時(shí)曲面對型面精度要求較高；其次是環(huán)切加工與行切方式相比具有良好的曲面加工特性，更能逼近曲面的真實(shí)形狀。

3根據(jù)加工策略選擇

零件的加工常分為粗加工、半精加工、精加工三個加工階段，有時(shí)還有光整加工階段，合理劃分加工階段是保證加工精度所必須的。傳統(tǒng)加工方式因機(jī)床功能相對單一，所以工藝路線中可較明顯地看出各個階段的界線，但數(shù)控銑削加工方式下這個界線相對模糊，而且可能會有揉合的情況(如粗加工階段有精加工的內(nèi)容，更多數(shù)控編程知識關(guān)注微信公眾號（數(shù)控編程教學(xué)），精加工階段也可能有粗加工的痕跡)，從保證加工質(zhì)量考慮，數(shù)控加工時(shí)加工階段的劃分也是需要的，但為了減少裝夾時(shí)間和簡化走刀動作等，如何確定各階段的加工內(nèi)容，考慮的問題可能與傳統(tǒng)加工工藝有些不同。

粗加工的主要目標(biāo)是追求單位時(shí)間內(nèi)的材料去除率，并為半精加工準(zhǔn)備工件的幾何輪廓。故多采用行切方式或復(fù)合方式進(jìn)行層切。半精加工的主要目標(biāo)是使工件輪廓形狀平整，表面精加工余量均勻。故多采用環(huán)切方式。精加工的主要目標(biāo)是獲得幾何尺寸、形狀精度及表面質(zhì)量符合要求的工件。應(yīng)根據(jù)工件的幾何特征對內(nèi)部采用行切方式，對邊緣及接合處采用環(huán)切方式。

4根據(jù)編程策略選擇

編程時(shí)確定走刀方式的原則主要有：應(yīng)能保證零件的加工精度和表面粗糙度的要求;應(yīng)盡量縮短加工路線，減少刀具空程移動時(shí)間；應(yīng)使數(shù)值計(jì)算簡單，程序段數(shù)量少，以減少編程工作量。一般而言，對于平面形腔類采用行切方式劃分加工域，以減少抬刀次數(shù)；自由曲面類環(huán)切方式逼近形狀。毛坯形狀的選用大小會影響編程的選擇，可通過加大毛坯外形，將不易裝夾的外形加工轉(zhuǎn)化為易裝夾的行切方式形腔加工；或?qū)⒂铆h(huán)切加工的自由曲面改用行切方式去大余量，以提高加工效率。