NX CAM在高速加工中刀具减振的方法

　　一、引言

　　在数控加工领域，加工中心，数控铣床和雕刻机的高速加工已被广泛的 使用。在高速加工时，主轴旋转速度通 常都是每分钟1～2万转，刀具进给速度和主轴转速成正比，移动非常快，而且 数控机床的铣削和镗削要比简单的车削受力复杂的多。在这种情况下，刀具震动变成切削中非常重要的因素。引起刀 具震动的因素很多，刀具形式和材料、 工件材料、切削参数和刀具切削轨迹等都会引起刀具的震动，本文将从刀具切 削轨迹方面来谈谈在用UG CAM软件来进 行编程时，减小刀具震动的一些技巧。

　　二、减振方法

　　传统编程时，切削转角的方法是使用线性切削(G1)，在转角中过渡 不够连续，如图1所示。当刀具到达角 落时，由于线性轴的动力特性限制，刀 具必须减速。在电机改变进给方向前， 有一短暂的停顿，会产生大量的热量和摩擦，导致切削力的不稳定(俗称弹刀)，并常常使角落切削不足。刀具 越大或刀具总悬伸越长，振动越强。 这是编程工作的一大难点。

图1 传统编程时转角刀轨

　　此问题的最佳解决方法如下。

　　(1)使用圆角半径比转角半径小的 刀具，此方法仅限相对小型工件。

　　(2)刀轨进行圆角处理，效果如图2所示。在UG CAM的平面轮廓铣中，具 体操作在拐角和进给率控制选项中， 设置凸角添加圆弧，这时当刀具铣削 过程中遇到凸角时以圆弧过渡进行切削加工，其中圆弧的圆心为凸角的顶端，半径为刀具直径。在侧壁亦可添 加圆角，如图3所示。这种加工方法 在工件的边界处不会产生停顿，刀具的运动提供了光滑和连续的圆弧过渡(G02或G03)，然后在减速设置中打 上勾，则系统在拐角处对刀具设置减 速操作。这些设置都大大起到了减振 的效果。

图2 UG CAM编程时转角添加圆弧过渡

　　(3)通过圆弧插补，产生比图纸上 规定稍大些的圆角半径。这样，有时 就可以在粗加工中使用较大的刀具，以保持高生产效率。在角落处余下的 加工余量可以采用较小的刀具进行固 定铣削或圆弧插补切削。

图3 在UG CAM中设置拐角和进给率

　　(4)在加工陡峭的外形轮廓面时， 通常采用Z L E V E L轮廓铣，在垂直于刀 具方向的平面切削层上沿着零件轮廓 去除材料，见图4所示。在高速加工 时，虽然可以用Z L E V E L轮廓铣加工出 来，但在层和层的过渡时，刀具切削 转向，而且是垂直下刀会引起刀具振动变大，刀具容易折断且零件表面质量不高，会出现明显的刀具痕迹。建 议使用曲面区域驱动，改分层切削法 为螺旋切削法。

图4 层和层之间直接下刀容易产生振动

　　具体方法如下：先创建一个辅 助的圆 柱面(如图 5 所示)，使用 曲 面区域驱动操作，指定回转体为零件体，指定刚建立的圆柱面为驱动面， 在该圆柱面上建立驱动点阵。然后定 义切削方向，选择圆柱面上部的水平 方向为第一切削方向，在所选的箭头 上出现小圆圈时，返回到曲面驱动方法对话框。驱动点阵的切削方式设定 为螺旋刀轨，然后通过驱动点沿着投 影矢量方向向零件表面上投射，这时 将投影矢量方向设定指向直线，直线 设定为回转体零件的中间轴线，设置 如图6所示。将圆柱形螺旋刀轨按照指 向中间轴线的投影方式投射到工件体 上，这样可以产生一个切削工件轮廓 的螺旋形刀轨，如图7所示。

　　这样的刀轨生成过程虽然比较复 杂，但螺旋驱动方式的最大优点是， 从一条刀具轨迹运动到下一条刀具轨 迹的过程中，运动平缓而光顺，没有突然换向，所以整个过程可以保持固 定的切削速度。正因为这个原因，螺 旋驱动方式很适合高速加工。

　　(5)如果加工较平坦的曲面时，通 常用曲面区域驱动方式，该驱动方式 通过指定曲面作为驱动几何体，在驱 动几何体上生成网格状的驱动点阵。 这些驱动点阵列沿着指定的投影矢量方向投影到零件表面上，以生成投影点，从而生成刀具轨迹。但在高速加 工时，刀具轨迹图样无论是选择跟随周边还是同心圆等，在步进时都容易 产生刀具的振动。这时如果加工曲面 比较简单，接近圆形，应改为用固定 轴轮廓铣中的螺旋驱动方式，该驱动方式以螺旋线形式，从中心点展开来 定义驱动点。这些驱动点产生在通过中心点且与投影矢量垂直的平面上， 中心点可以由用户来进行指定，最终 这些螺旋驱动点向零件表面投影，产 生适合高速加工的螺旋刀具轨迹。具 体刀具轨迹，如图8所示。

图5 驱动圆柱辅助面

图6 曲面驱动方法对话框

图7 在陡峭面上产生螺旋型刀轨减小刀具振动

图8 在平坦面上产生螺旋型刀轨减小刀 具振动

　　三、结束语

　　以上是在一些范例中针对刀具振动所采用的的加工思路，经过实践 论证，效果明显。由于在加工中零件形状类型复杂，所采用的切削方式都 不同，希望本文能起到抛砖引玉的作 用，加强编程人员在高速加工对刀具 震动问题的研究。