一、引言

　　在數(shù)控加工領(lǐng)域，加工中心，數(shù)控銑床和雕刻機的高速加工已被廣泛的 使用。在高速加工時，主軸旋轉(zhuǎn)速度通 常都是每分鐘1～2萬轉(zhuǎn)，刀具進給速度和主軸轉(zhuǎn)速成正比，移動非常快，而且 數(shù)控機床的銑削和鏜削要比簡單的車削受力復(fù)雜的多。在這種情況下，刀具震動變成切削中非常重要的因素。引起刀 具震動的因素很多，刀具形式和材料、 工件材料、切削參數(shù)和刀具切削軌跡等都會引起刀具的震動，本文將從刀具切 削軌跡方面來談?wù)勗谟肬G CAM軟件來進 行編程時，減小刀具震動的一些技巧。

　　二、減振方法

　　傳統(tǒng)編程時，切削轉(zhuǎn)角的方法是使用線性切削(G1)，在轉(zhuǎn)角中過渡 不夠連續(xù)，如圖1所示。當(dāng)?shù)毒叩竭_角 落時，由于線性軸的動力特性限制，刀 具必須減速。在電機改變進給方向前， 有一短暫的停頓，會產(chǎn)生大量的熱量和摩擦，導(dǎo)致切削力的不穩(wěn)定(俗稱彈刀)，并常常使角落切削不足。刀具 越大或刀具總懸伸越長，振動越強。 這是編程工作的一大難點。

圖1 傳統(tǒng)編程時轉(zhuǎn)角刀軌

　　此問題的最佳解決方法如下。

　　(1)使用圓角半徑比轉(zhuǎn)角半徑小的 刀具，此方法僅限相對小型工件。

　　(2)刀軌進行圓角處理，效果如圖2所示。在UG CAM的平面輪廓銑中，具 體操作在拐角和進給率控制選項中， 設(shè)置凸角添加圓弧，這時當(dāng)?shù)毒咩娤?過程中遇到凸角時以圓弧過渡進行切削加工，其中圓弧的圓心為凸角的頂端，半徑為刀具直徑。在側(cè)壁亦可添 加圓角，如圖3所示。這種加工方法 在工件的邊界處不會產(chǎn)生停頓，刀具的運動提供了光滑和連續(xù)的圓弧過渡(G02或G03)，然后在減速設(shè)置中打 上勾，則系統(tǒng)在拐角處對刀具設(shè)置減 速操作。這些設(shè)置都大大起到了減振 的效果。

圖2 UG CAM編程時轉(zhuǎn)角添加圓弧過渡

　　(3)通過圓弧插補，產(chǎn)生比圖紙上 規(guī)定稍大些的圓角半徑。這樣，有時 就可以在粗加工中使用較大的刀具，以保持高生產(chǎn)效率。在角落處余下的 加工余量可以采用較小的刀具進行固 定銑削或圓弧插補切削。

圖3 在UG CAM中設(shè)置拐角和進給率

　　(4)在加工陡峭的外形輪廓面時， 通常采用Z L E V E L輪廓銑，在垂直于刀 具方向的平面切削層上沿著零件輪廓 去除材料，見圖4所示。在高速加工 時，雖然可以用Z L E V E L輪廓銑加工出 來，但在層和層的過渡時，刀具切削 轉(zhuǎn)向，而且是垂直下刀會引起刀具振動變大，刀具容易折斷且零件表面質(zhì)量不高，會出現(xiàn)明顯的刀具痕跡。建 議使用曲面區(qū)域驅(qū)動，改分層切削法 為螺旋切削法。

圖4 層和層之間直接下刀容易產(chǎn)生振動

　　具體方法如下：先創(chuàng)建一個輔 助的圓 柱面(如圖 5 所示)，使用 曲 面區(qū)域驅(qū)動操作，指定回轉(zhuǎn)體為零件體，指定剛建立的圓柱面為驅(qū)動面， 在該圓柱面上建立驅(qū)動點陣。然后定 義切削方向，選擇圓柱面上部的水平 方向為第一切削方向，在所選的箭頭 上出現(xiàn)小圓圈時，返回到曲面驅(qū)動方法對話框。驅(qū)動點陣的切削方式設(shè)定 為螺旋刀軌，然后通過驅(qū)動點沿著投 影矢量方向向零件表面上投射，這時 將投影矢量方向設(shè)定指向直線，直線 設(shè)定為回轉(zhuǎn)體零件的中間軸線，設(shè)置 如圖6所示。將圓柱形螺旋刀軌按照指 向中間軸線的投影方式投射到工件體 上，這樣可以產(chǎn)生一個切削工件輪廓 的螺旋形刀軌，如圖7所示。

　　這樣的刀軌生成過程雖然比較復(fù) 雜，但螺旋驅(qū)動方式的最大優(yōu)點是， 從一條刀具軌跡運動到下一條刀具軌 跡的過程中，運動平緩而光順，沒有突然換向，所以整個過程可以保持固 定的切削速度。正因為這個原因，螺 旋驅(qū)動方式很適合高速加工。

　　(5)如果加工較平坦的曲面時，通 常用曲面區(qū)域驅(qū)動方式，該驅(qū)動方式 通過指定曲面作為驅(qū)動幾何體，在驅(qū) 動幾何體上生成網(wǎng)格狀的驅(qū)動點陣。 這些驅(qū)動點陣列沿著指定的投影矢量方向投影到零件表面上，以生成投影點，從而生成刀具軌跡。但在高速加 工時，刀具軌跡圖樣無論是選擇跟隨周邊還是同心圓等，在步進時都容易 產(chǎn)生刀具的振動。這時如果加工曲面 比較簡單，接近圓形，應(yīng)改為用固定 軸輪廓銑中的螺旋驅(qū)動方式，該驅(qū)動方式以螺旋線形式，從中心點展開來 定義驅(qū)動點。這些驅(qū)動點產(chǎn)生在通過中心點且與投影矢量垂直的平面上， 中心點可以由用戶來進行指定，最終 這些螺旋驅(qū)動點向零件表面投影，產(chǎn) 生適合高速加工的螺旋刀具軌跡。具 體刀具軌跡，如圖8所示。

圖5 驅(qū)動圓柱輔助面

圖6 曲面驅(qū)動方法對話框

圖7 在陡峭面上產(chǎn)生螺旋型刀軌減小刀具振動

圖8 在平坦面上產(chǎn)生螺旋型刀軌減小刀 具振動

　　三、結(jié)束語

　　以上是在一些范例中針對刀具振動所采用的的加工思路，經(jīng)過實踐 論證，效果明顯。由于在加工中零件形狀類型復(fù)雜，所采用的切削方式都 不同，希望本文能起到拋磚引玉的作 用，加強編程人員在高速加工對刀具 震動問題的研究。