技术

一、进刀方式介绍
1．1 垂直方向进刀方式
　　在普通铣床上加工一个封闭的型腔零件时，一般都会分成两个工序，先预钻一个孔，再用立铣刀切削。而在数控加工中，数控编程软件通常有三种垂直进刀的方式：一是直接垂直向下进刀（见图1）；二是斜线轨迹进刀方式（见图2）；三是螺旋式轨迹进刀方式。 

    直接垂直进刀方式只能用于具有垂直吃刀能力的键槽铣刀，对于其他类型的刀具，只能作很小的切削深度时，才可使用。 而斜线进刀及螺旋进刀，都是靠铣刀的侧刃逐渐向下铣削而实现向下进刀的，所以这两种进刀方式能用于端部切削能力较弱的端铣刀（如最常用的可转位硬质合金刀）的向下进给。同时斜线或螺旋进刀可以改善进刀时的切削状态，保持较高的速度和较低的切削负荷。

1．2水平方向进刀方式
　　为了改善铣刀开始接触工件和离开工件表面时的状况，一般的数控系统都设置了刀具接近工件和离开工件表面时的特殊运行轨迹，以避免刀具直接与工件表面相撞和保护已加工表面。比较常用的方式是，以被加工表面相切的圆弧方式接触和退出工件表面，如图4所示，图中的切入轨迹是以圆弧方式与被加工表面相切，退出时也是以一个圆弧离开工件。另一种方式是，以被加工表面法线方向进入接触和退出工件表面，如图5所示，图中的切入和退出轨迹是由与被加工表面相垂直（法向）的一段直线。此方式相对轨迹较短，适用于表面要求不高的情况。
图4 水平方向圆弧进、退刀 图5 水平方向法线进、退刀

二、常用CAD/CAM软件对进刀方式的设定
2．1 MasterCAM

2．1．1在MasterCAM 软件中设置垂直进刀方式
在MasterCAM的主功能菜单中选取ToolpathS刀具路径指令，进行刀具路径设置。按照Toolpaths→Pocket→选择型腔轮廓→Done→保存T.NCI→Done→MasterCAM会弹出Pocket对话框（如图6所示）。
图6

　　在Pocket对话框中的“刀具参数”选项的空白处点击右键，在刀具库中选择一种合适的铣刀。然后再选取“粗加工/精加工参数”项：Roughing/finishing parameter。在对话框的右边有一个“下刀方式”（Rough Entry...）按钮，按钮前有一个方形复选框。此按钮默认为暗显示状态，这种状态下，刀具的下刀方式是图1 所示的垂直直接进刀方式。如要采用螺旋或斜线下刀方式，则点击复选框，下刀方式按钮“Rough Entry...”呈明显示状态，这时点击按钮，出现“下刀方式”设置对话框（见图7）。对话框中有两个选项：Helix（螺旋方式）与Ramp（斜线方式）。可任选其中一种下刀方式。下面介绍一下对话框中主要参数的设置。
2.1.1.1 Helix螺旋下刀方式参数设置要点
　　在图7对话框中可见，左边有五项要设置数值的参数项，另外有五项只要选取复选框的参数项。其主要设置要点如下：
　　(1). Mininum radius（最小螺旋半径）：由操作者设定。
　　(2). Maxinum radius（最大螺旋半径）：由操作者根据型腔空间大小及铣削深度确定，一般是螺旋半径愈大，进刀的切削路程就越长。
　　(3). Z clearance（Z向高度）：开始以螺旋方式运行时刀具离工件表面的Z向高度（以工件表面作为Z向零点）。
　　(4). XY clearance（XY向距离）：螺旋槽的边缘距型腔边界X向和Y向的距离。
　　(5). Plunge angle（进刀角度）：即为螺旋线的升角，此值选取得太小，螺旋圈数增多，切削路程加长；升角太大，又会产生不好的端刃切削的情况，一般选5—20度之间；
　　(6). Direction（铣削方向）：CW为顺铣，CCW为逆铣，按加工情况选取一种。
　　(7). Follow boundary（沿边界铣削）：此栏内有两项复选框，此含义是当螺旋方式下刀不成功时，自行设定刀具沿边界移动。
　　(8). If all entry attempts fail (假如执行螺旋下刀失败时)：此栏的设定是按螺旋下刀方式的所有尝试都有失败后，程序转为垂直下刀（Plunge）或是中止程序（Skip）。
　　(9). Output arc move tolerance（圆弧运动误差值）：选中此复选框，刀具以螺旋圆弧运动，没有选取此项，刀具以直线方式一段一段地运动，框中的数值是直线的长度。
　　(10). Center on entry point（中心临近下刀点）：

2.1.1.2 Ramp斜线下刀方式参数设置要点
　　下刀方式对话框中选取斜线下刀方式，则出现图8的参数设置对话框。
　　(1). Mininum Longth（最小斜线长度）：由操作者设定。
　　(2). Maxinum Longth（最大斜线长度）：由操作者根据型腔空间大小及铣削深度确定，一般是斜线愈长，进刀的切削路程就越长。
　　(3). Z clearance（Z向高度）：开始以斜线方式运行时刀具离工件表面的Z向高度（以工件表面作为Z向零点）。
　　(4). XY clearance（XY向距离）：斜线槽距型腔边界X向和Y向的距离。
　　(5). Plunge zig angle（正向进刀角度）：即为切入工件时与工件表面的夹角，此值选取得太小，斜线数增多，切削路程加长；角度太大，又会产生不好的端刃切削的情况，一般选5—20度之间。
　　(6). Plunge zag angle（反向进刀角度）：即为向相反方向进刀时的角度。正向与反向进刀角度可以选得相同，也可以不相同。
　　(7). Auto angle XY angle选项是由系统自动决定进刀轨迹槽的中心线与XY轴之间的角度。
　　(8). Ramp from entry point选项将使刀具从进刀点垂直进刀，即不能形成斜线进刀的效果，需要Ramp方式进刀时不能选用。
2.1.2在MasterCAM中设置水平进刀方式
在MasterCAM的主功能菜单中选取ToolpathS刀具路径指令，进行刀具路径设置。按照下面的顺序操作：Toolpaths→Contour→选择轮廓→Done→保存T.NCI→Done→Contour对话框→选取Contour parameter项可进入轮廓参数设置对话框。在对话框的右下角有一个“导入导出”（Lead in/out）按钮，按钮前有一个方形复选框。此按钮平常处在暗显示状态，点击复选框，进刀方式“导入导出”（Lead in/out）按钮呈明显示状态，这时点击按钮，出现“导入导出”设置对话框（见图9）。对话框中左边是进刀轨迹参数，右边是退刀轨迹参数。通过中间的箭头按钮可把设置的进刀参数复制到退刀栏内。下面以进刀为例来介绍参数的设置。进刀栏中又分为“直线”（Line）与“圆弧”（arc）上下两栏，直线栏中有“垂直”(Perpendicule)与“相切”(Tangent)两个选项，还有直线长度（length）的设置。选取“相切”项，延长的直线将沿圆弧的切线方向伸长，选取“垂直”项就是延长的直线将与圆弧相垂直。在“圆弧”栏中有圆弧半径值与圆弧所对圆心角的值两项设置，这两项参数决定圆弧轨迹的大小。由直线参数与圆弧参数的不同搭配，可得出很多种切进退刀轨迹。如将圆弧半径“Radius”设为0，而直线选择垂直“Perpendicule”,直线长度“Length”大于0时，可以得到如图5 所示的法向进刀路径。如将直线长度“Length” 设为0，圆弧半径“Radius”大于0时，可以得到如图4 所示的切向进刀路径。
2．2 UG
图10 图11
UG CAM加工模块中，在平面加工（Planer Milling）及穴形加工（Cavity Milling）中有进刀及退刀的参数设定。在UG中，对进刀及退刀有较详尽的设置，包括有安全距离，方式，抬刀方式及自动进刀退刀的参数设置。选择Planer Milling或Cavity Milling 加工方式后，在对话框中部有Engage/Retract（进刀/退刀）选项。
在对话框Engage/Retract（进刀/退刀）选项中点击“METHOD”弹出对话框如图10所示，进入安全距离及下刀、抬刀方式的设定。限于篇幅，在此不作详解。
在对话框点击“AUTOMATIC”选项进入自动进刀退刀选项。如图11所示，中间横线以上部分为垂直进刀的参数，横线以下为水平进刀及退刀的参数。其参数说明如下：
Ramp Type: （进刀类型），可以选择设置垂直方向螺旋下刀（Helix）或斜线下刀(Linear)。
Ramp Angle（下刀角度），定义下刀角度，其值必须在0-90之间。
Automatic Type: （自动类型），可以选择设水平方向圆弧（Circular）或线性(Linear)进刀和退刀。
Arc Radius: (圆弧半径)，用于定义圆弧进刀及退刀时的圆弧半径。
Activation Range(作动范围)，用于设置边界与自动的线性或圆弧进刀的最大距离。
Overlap Distance（重叠距离），定义进刀起始点与退刀结束点的相重叠的距离，主要用于消除铣削时可能残留于下刀点的残料。如图4所示。
Retract clearance(退刀安全平面)用于设置在作用域铣削时其退刀的安全平面位置。

2．3 Cimatron
Cimatron在进刀及退刀的设置上相对较为简便，在编制程序的主窗口中有“RAMP ANGLE”倾斜角度参数，默认为90度，即垂直直接进刀。当设定角度小于90度时，将有最大半径“MAX RAMP RADIUS”和最小距离参数“MIN PLUNGE SIZE”。在Cimatron中，垂直进刀将采用螺旋进刀方式。
在水平进刀方式上，有“CONT.APP.NORM”参数表示选择了法向进刀，法向进刀需定义进刀距离“CONT.APPROACH”和退刀距离“CONT.RETRACT”。点击“CONT.APP.NORM”可以选择切向进刀“CONT.APP.TANG”，此时有半径“CONT.ARC.RADIUS”的定义，并有延长线的距离“EXETENP.LINE”。
图12
三、 结束语
各种CAD/CAM软件的加工方式和参数设置有相通之处，其它CAD/CAM软件在进刀设置基本上有类似的方式和参数设置。
在设置进刀方式时应注意以下点：
1、 尽量使用水平进刀，因为对于大部分机床来说，Z轴的刚性及耐用度要比X、Y轴差。例如在做模具型芯粗加工时，可以指定在被加工工件以外的点下刀，水平切削进入加工区域。而下刀速度可以设得快一点。
2、 在做粗加工可以不考虑水平进刀方式或者使用法向进刀，可以节省一点路径。而在精加工应优先考虑设置圆弧进刀，这样对工件表面质量有较好的保证。
3、 应正确设置下刀速度，在各CAD/CAM软件中，都有作Z轴进给时速度相对于水平进给时的比例。在作垂直下刀时，速度应该比较慢。
4、 做加工前应了解刀具的特点，如直径较小的硬质合金刀是不能作倾斜下刀，否则，将很容易折断。
5、 利用层间的提刀，通常在做加工时，特别时粗加工时，在做完每层后，将刀具提到安全高度。在必要时可对刀片进行检查和更换。
进行刀具进刀方式的合理选择和参数的精确选定，可以使数控加工时有更高的效率，并保持机床和刀具的最佳使用状态，从而延长刀具的寿命，同时提高加工的精准度。