数控技术飞速发展！一文解析不同的切削方法和加工理念的转变

上世纪50年代末第一台数控机床的诞生至今，数控机床已经有70多年的发展历史。随着科学技术飞速发展，加工理念也从重切削加工到轻切削的转变，再到现在的高速加工的转变。从而推动了数控机床、刀具、工具及辅助软件的综合发展。目前高速加工理念在国内已经广泛运用。


数控加工中心各种切削方法

数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。切削用量包括切削速度、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。


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那么，切削方法有哪些呢？


1、往复切削：


往复切削方法创建往复平行的切削刀轨，在步距运动期间保持连续的运动，没有抬刀能够最大化的对材料进行切除，是最经济、最省事的切削运动。这种切削方法顺铣、逆袭并存，如果启用操作的壁面清理，则会影响壁面清理的刀轨方向，以维持壁面清理是纯粹的顺铣或者逆铣。


2、单向切削：

单向切削方法产生平行且单向的切削刀轨，回程是快速横越运动，因为在回程时不产生切削，所以会影响加工效率。单向切削能始终维持一致的顺铣或逆铣切削，通常用于岛屿的表面加工和不适用往复切削方法的场合，如一些陡壁的筋板，一般用与表面的精加工。


3、沿轮廓的单向切削：


沿轮廓的单向切削用于创建平行的、单向的、沿轮廓的刀轨、始终维持着顺铣或者逆铣切削。加工的壁面质量比往复式切削及单向切削要好，并且切削比较平稳，对刀具没有冲击，所以通常用于加工侧壁要求比较高的零件或薄壁零件。


4、跟随周边切削：


跟随周边切削方法主要用于创建沿着轮廓顺序的、同心的刀轨，它是通过对外围轮廓的偏置得到的，所有的轨迹在加工区域中都以封闭形式呈现。跟随周边切削的刀轨是连续切削的刀轨，没有空切，基本能够维持单纯的顺铣或者逆铣，因此既有较高的切削效率也能维持切削稳定和保证加工质量，通常用于带有岛屿和内腔零件的粗加工。


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5、跟随工件切削：


跟随工件切削方法产生一系列仿形被加工零件所有指定轮廓的刀轨，既仿形切削区的外周壁面也仿形切削区中的岛屿，这些刀轨形状是通过偏置切削区的外轮廓和岛屿轮廓获得的。跟随工件切削的刀轨是连续切削的刀轨，学数控编程群726236503帮助你。没有空切，能维持单纯的顺铣或者逆铣，因此既有较高的切削效率也能维持切削稳定和保证加工质量，通常用于有岛屿的型腔加工区域。


6、摆线切削：


摆线切削方式用于在轮廓周边产生一个个小圆圈，从而避免在切削时发生全刀切入导致切削的材料量太大。摆线切削适用于高速加工，以比较均匀的切削负荷进行加工。


加工理念的转变

重切削——低转速低进给重切削


数控切削在早期加工理论基本与普通机床的加工理论相同，主要是机床、刀具、辅助软件等多方面的限制造成。


机床：加工中心最初由数控铣床发展而来，上个世纪时加工中心属于比较先进技术，属于少数国家的核心技术，价格昂贵，当时主体基本都是整体铸造而成，整体刚性较高，主轴为齿轮传动。


刀具材料：上世纪时刀具材料基本为高速钢（HSS）,硬质合金钢为主，此类材料不耐高温，不可高速加工，切削速度一般在2~25m/min。


进给系统：机床台面轨道为硬轨道（直接接触），滚珠丝杆副加伺服电机传动，电机高速转动时，滚珠丝杆转动惯性较大，刚性变差，从而导致磨擦磨损加剧，使传动误差加大，严重影响到机床的动态性能，所以能实现的进给速度较小。


辅助软件：当时基本为手动画图，CAD/CAM还未普及，数控加工基本是手动编程，限制其刀具路径的复杂性。


冷却系统：切削油、皂化液等，增加润滑降低温度。


总之，由于刀具和进给系统的原因只能实现低转速和低进给，机床的刚性好以及加工效率因素等多种原因使用大切削量加工。低转速无法得到较好质量的加工面，低进给带来的低效率，大切削也意味着内应力的加大，加工精度的不稳定性提高，切削液对环境的污染。


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轻切削——高转速快进给低切削


在本世纪初期，机床、刀具、辅助等多方面出现大幅度的技术革新，机床进给系统、涂层式的刀片及CAD/CAM辅助软件等技术的大力发展，从而促进了从重切削到轻切削的转变。


机床：加工中心在本世纪初期得到快速发展，普通加工中心的价格被大幅度压低，导致了加工成本的压缩，导致了机床的整体刚性的降低，主轴也多为皮带传动。


刀具材料：粉末压铸烧结工艺和表面涂层工艺的成熟，涂层类的硬质合金铣刀普遍应用。


进给系统：线性导轨的技术也逐渐成熟，线性导轨加伺服电机传动得到了广泛应用。


冷却系统：喷汽、切削液（干式切削与湿式切削同时存在）


辅助软件：Mastercam、UGnx等CAD/CAM辅助软件开始普及。


总之，由于刀具和进给系统的更新，辅助软件的普及，又由于机床的刚性的不足等多方原因推动了轻切削理念的发展。


高速加工——超高转速、快进给、大切深、薄侧切


高速加工理念其实在上世纪就已经提出，但对机床、刀具、辅助软件等多方面要求较高，一直未能推广普及。在近十几年内，机床、刀具、工具、辅助软件等多方位的发展，目前在国内已开始普及高速加工。


机床：多轴机床的应用进一步降低了机床刚性，但电主轴技术成熟，主轴稳定性及转数进一步提高。


刀具、工具：陶瓷刀具、立方碳化硼，涂层刀具的普及应用，刀柄系统技术进一步升级，较好的刚性和良好的动平衡性。


进给系统：直线电机驱动系统的应用，能较好解决滚珠丝杆的反向间隙、惯性和刚性不足等问题。有较高精度的高速移动，并且有良好的平稳性。


辅助软件：AD/CAM辅助软件出现特定的高速加工刀路。如Mastercam的动态铣削。


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冷却系统：喷汽式、干切。


总之，由于主轴、刀具和进给系统辅助软件的一系列的更新实现超高转速和快进给，机床的刚性的不足只用较小的切削量，实验发现切深的加大可降低切削震动，所以“小切深变”为“大切深小侧切”。但想完美地利用好动态铣削的效果对机床性能、刀具系统要求较高。目前基本运用场景多以航空航天，船舶、汽车等核心零件加工。