高效加工路径规划技术

根据高速加工的工艺特点，在做高速加工编程时，要进行必要的刀具路径规划，包括进退刀模式、走刀模式、移刀模式和刀具路径的拐角模式等。

1.2.3.1 高速加工进退刀模式

传统数控加工进退刀为直上直下的方式，这种方式的优点是比较直接，不需要太多的计算；缺点是刀具直接向工件垂直切入加工，会产生较大的冲击力，对刀具提出了很高的要求，并且这种进刀方式也不容易排屑，产生大量的热不容易散发，刀具和工件的变形加大，如图1-20所示。

斜向进退刀时，由于采用侧刃切削工件，加工时需要设置两个角度：X-Y平面角度。从垂直方向看时，刀具轨迹与X轴的夹角通常为零；与工件的夹角，即刀具切入加工面的角度，如图1-21所示，这个角度设置时，如果选取得太小，则刀具每次切入深度较浅，有利于保护刀具和工件，但是，这也造成切入斜线增长，加工路线加长。

图1-20 直上直下的方式进退刀

图1-21 斜向进退刀

高速加工中，为了使刀具在工件表面上平稳起降，通常尽量采用轮廓的切向进退刀方式，如图1-22所示。在对曲面进行加工时，刀具可以是Z向垂直进退刀、曲面法向进退刀、曲面正向与反向切向进退刀和斜向或螺旋进退刀。根据实际加工效果，曲面的切向进退刀和螺旋进退刀更适合高速加工。

1.2.3.2 高速加工走刀模式

图1-22 切向进退刀

高速加工走刀应避免刀具轨迹中走刀方向的突然变化，以免因局部过切而造成刀具或设备的损坏；走刀速度要平稳，避免突然加速或减速，避免多余空刀，应采用光滑的转弯走刀。高速加工走刀模式如下：

（1）平行铣削 平行铣削是最常用的走刀方式，采用平行扫描线的形式对多张曲面构成的模型进行加工，如汽车覆盖件模具加工。

（2）环形铣削 同时对多个曲面进行加工的计算方法，其走刀路线是以外轮廓的形状由外向内进行走刀。

（3）摆线走刀 摆线走刀是高速加工典型的刀位轨迹策略，摆线相当于一个圆沿着一条曲线作纯滚动时，圆上某一固定点的轨迹，如图1-23所示。采用这种刀具轨迹是刀具在切削时距某条曲线保持一个恒定的半径，从而可使进给速度在加工过程中保持不变，刀具寿命较长。

（4）等高线层切法 将零件分成若干层，一层一层逐层往下切，在每层中将零件所有区域加工完后再进行下一层。每一层均采用螺旋或圆弧进刀，同时采用无尖角刀具轨迹，这样有利于排屑，也避免了切削力发生突变，如图1-24所示。特别是对薄壁零件来说，更应采用这种刀具轨迹，因为这种刀具轨迹在切削过程中能保持薄壁较高的刚性。

图1-23 摆线示意图

图1-24 等高线层切方式

1.2.3.3 高速加工移刀模式(www.xing528.com)

移刀方式主要是指高速加工行切时的行间移刀、环切中的环间移刀、等高加工的层间移刀等。普通数控的移刀模式不适合高速加工的要求，如行切移刀时，刀具多是直接垂直于原来行切方向的法向移刀，致使刀具路径中存在尖角；在环切的情况下，环间移刀也是从原来轨迹的法向直接移刀，也致使刀具路径轨迹存在不平滑的情况；在等高加工中的层间移刀时，也存在移刀尖角。这些都导致高速机床频繁地加减速，影响了加工效率，阻碍了高速加工的发挥。

1.行切移刀

对于大平面或相对平坦轮廓的切削，行切方式较为高效、便捷，主要有以下几种：

（1）采用切圆弧连接 在行切削量较大的情况下，处理得很好；在行切量（行间距小于0.2mm）较小的情况下，由于圆弧半径过小，导致圆弧接近一点，即近似为行间的直接直线移刀，从而导致机床频繁地加减速，影响加工效率，对机床不利。

（2）采用内侧或外侧圆弧过渡移刀 在使用小直径刀具进行精加工时，由于刀路轨迹间距非常小，使用切圆弧移刀效果不理想，可采用内侧或外侧圆弧移刀，如图1-25所示。

图1-25 行切移刀方式

a）空间内向圆弧走刀 b）空间外向圆弧走刀 c）高尔夫球杆头式抬刀过渡走刀

（3）高尔夫球杆头式移刀 由于该种移刀方式的轨迹像高尔夫球杆头，故称为高尔夫球杆头式移刀，它克服了切圆弧半径过小而导致圆弧接近一点。

2.环切移刀

采用环间圆弧连接时，移刀轨迹直接在两个刀具路径轨迹之间生成圆弧，在间距较大的情况下，会产生过切。因此，该方法一般多用于两轴半加工，所有的加工都在一个平面内，如图1-26所示。

图1-26 环切移刀

3.层间移刀

在进行等高加工时，可采用螺旋式等高线间的移刀。

1.2.3.4 高速加工拐角模式

部分工件的外形轮廓为直角，刀具轨迹只能沿着轮廓直角进给，会导致速度变化很大。进给速度的急剧变化，会造成刀具磨损、刀具高速运动到转角处发生前冲超过工件而过切等。

在工件外形轮廓转角处采用圆滑过渡的方式，如图1-27所示。在工件内部圆角如果采用等半径的刀具直接加工，进给方向发生突变，势必会使机床负荷猛然增加。加工这种类型的圆角最好使用较小半径的刀具，一般情况下刀具半径最好较圆角几何尺寸小70%或更小，这样可使拐角处的切削刀具进给方向变化平滑，避免刀具的突然转向。使用小直径刀具加工和直接切入拐角相比，机床负荷可以降低约原来的1/3。

图1-27 工件外形轮廓转角处圆滑过渡