这篇文章是CNC入门，介绍了不同类型的数控铣床和用于设计它们所生产的零件的软件。在这里，我们将讨论数控铣削的术语、刀具路径和常见操作。
芯片形成
您可能见过如图1所示的图像，其中显示了铣刀在切割工件时是如何产生压缩和剪切应力的。这些应力产生了剪切区，工件的一部分被剪切成我们所说的芯片，芯片倾向于朝着操作员的面部方向飞——这就是为什么机械师要戴安全眼镜的原因!
这种类型的切割可能看起来简单而直接，但切屑形成背后的机理是复杂的，已经研究了多年。
这种切割过程会产生大量的热量，切屑从工件中喷出时会携带热量。好的机械师会注意切屑的颜色和形状，以确保工艺是最佳的——通过观察切屑，他们知道何时调整冷却液或切割速度和进给速度。
卷曲成数字6或9形状的芯片通常意味着工艺处于最佳状态，但理想的芯片形状取决于材料的韧性。其他材料的性能也会影响芯片的形状。例如，脆性材料在研磨时通常会产生不连续的切屑。
爬坡与常规铣削
有两种方法的铣削材料，取决于是否主轴旋转切割从最大到最小厚度或反之。第一种方法，传统铣削，更常见的手动铣床和切割主轴旋转矢量，这是相反的切割方向。刀具旋转的方式，切割工件从较小的厚度到较大的厚度(见图2)。
第二种方法，称为爬坡铣削，使用主轴旋转矢量匹配切割方向。在这个过程中，刀具旋转来切割工件从较大的厚度到较小的厚度(见图3)。数控铣削爬坡切削是有益的，因为它减少了切削压力，产生的热量更少，从而使工件表面光洁度更高。
切削速度和进给量
刀具旋转定义为每分钟转数(RPM)，刀具朝向工件的运动称为进给速度，定义为每分钟英寸(IPM)。这是两个主要的加工参数，对监测和控制至关重要。
在手工加工过程中，机械师可以通过感觉切割时的压力和振动来判断切割速度或刀具旋转是否过快。当使用自动化数控机床时，操作人员依赖于读数和切屑颜色，但通过实践和经验，你可以感受到良好的启动速度和不同材料的进料。
凸轮模拟也可以给你一般的初始参数，但他们不考虑刀具的状况。在购买新工具时，最好参考制造商的产品目录，了解工具在材料、耐磨性和温度影响方面的具体考虑因素。
确定适当速度和进给量的典型公式如下所示。取决于工具和你的供应商，你可能需要额外的方程参数，以说明不同类型的切割直径，切割深度的切割直径，面有效尖端计数和其他。
转速方程
N =转速(RPM’s)
v =切割速度(SFPM)
D =刀具直径进给
进给速度方程
fr =进给速度[距离/分钟]
转速
nt =刀齿数
f =进料(进/齿)
偏置
刀具轨迹是切削刀具在加工过程中遵循的轨迹。CAD和CAM软件通过生成加工过程中刀具将遵循的坐标位置来模拟刀具轨迹。这使您能够检测刀架和工件之间的干涉，计算速度，并知道何时错误地在工件外部编程了切割。
二维偏置
根据轴的数量和它们的移动方式，数控铣刀路径可以分为二维、三维、四轴或五轴。图4显示了2D工具路径的一个示例，它们是在X-Y平面上定义的操作。
此时，您可能想知道我们为什么要讨论2D工具路径。毕竟，数控机床不是三轴或更多吗?
好吧，术语2D有点误导人，因为有一个z轴值，但这个值只定位工具在特定的深度，并在操作过程中保持恒定。因此，如果只看切割操作，2D标签是有意义的，因为切割只发生在X-Y平面上。换句话说，工件是垂直于刀具切割的。
Z水平仪和加工槽
你可能听说过被称为2½D的2D工具路径，因为有些人认为它是这种类型的工具路径的更好的术语。然而，这个术语是有问题的，当加工零件的口袋。在上面的图4中，零件外部的蓝色线是在X-Y平面上进行切割运动的2D刀具路径。
但是，零件中的凹槽很棘手：如果刀具已经处于特定于凹槽的高度，并且切割仅在X-Y平面上进行，那么刀具如何雕刻凹槽？它不是在Z方向钻孔，以使刀具位于工件内部的特定高度，并将其转化为3D刀具轨迹吗？
简而言之，答案是否定的。要铣削凹槽，机器使用Z水平，其中刀具位于Z的一个标高处，切割操作在该Z标高处的X-Y平面上执行。然后，机器移动到下一个Z轴水平面，依此类推，直到口袋完全铣出-这给人一种在Z轴上切割的印象，而实际上你不是。
常见的二维操作
2D工具路径和2D操作定义在X-Y平面上，下面的图5展示了一些最常见的2D操作:
- 面：此刀轨用作生成平面和方形边的起点。
- 2D轮廓操作:这些用于粗略轮廓和完成外墙部分，如图4中的蓝色线。
- 口袋化:顾名思义，这种操作可以去除材料，产生口袋。
- 槽铣削:类似于口袋，工具工作在z水平，但产生专门的槽形状。
- 倒角铣削:此刀具路径产生特定角度的倒角边缘。
- 半径（圆角）铣削：类似于倒角，但产生的边角是圆形的。
三维刀轨
2D工具路径定义在X-Y平面上，但当操作还包括z轴运动时，它就变成了3D工具路径。这些刀具路径用于加工更复杂的形状，如模具、模具、有机拓扑和具有复合圆的几何形状——通常，3D刀具路径用于雕刻2D刀具路径不可能实现的形状。
如果使用了三维扫描仪，您会知道，扫描的几何图形不是生成典型的CAD几何图形，而是创建为模型中的网格或三角形阵列。类似地，CAM软件创建一个三角形网格，表示要加工的几何体，该网格用于计算3D刀轨。这个过程很复杂，模拟需要更多的时间，因为软件必须计算并不断监控刀具轨迹，以确保刀具不会干扰工件。
常见的3D操作
现在，您已经了解了三维刀轨和三维操作是如何定义的，让我们看看不同的三维操作是如何执行的。图7展示了一些最常见的3D操作，随后是每个操作的细分：
清算业务
清理作业是粗糙的作业，或者换句话说，它们主要用于清除散装材料。
- 自适应清算用于去除大面积的材料。该策略将工件分成一系列z级(不同的高度)，然后从底部开始加工。
- 口袋里清除与Adaptive Clearing相似，CAM软件将工件划分为z级。但是，由于口袋清理，加工是分阶段进行的，从水平区域的中间到沿偏移道的边缘。
完成操作
精加工操作可提高表面光洁度、尺寸精度和公差。换句话说，这些铣削操作产生设计的表面光洁度．
- 平行精加工用于可划分为具有相似轮廓的平面的几何图形。这些过程在X-Y平面上平行，并沿Z方向跟随曲面。
- 轮廓修整类似于二维轮廓操作，但它由多个不同Z高程的轮廓组成。
- 斜坡精加工类似于轮廓精加工，但正如其名称所示，是沿墙向下倾斜，而不是以一个恒定的Z仰角加工。
- 平精加工类似于2D面加工。
- 扇贝精加工包括沿表面向内偏移、彼此距离恒定的孔道。
- 螺旋精加工是在加工表面上向下投影的螺旋。
- 径向精加工包括沿圆弧半径的通道，然后投射到被加工表面上。
其他操作
其他操作可根据CAM软件的参数定义为清除或完成。
- 水平结算以与清袋相同的方式对零件进行平整加工，适用于粗加工和精加工。
- 铅笔操作创建3D工具路径以及半径小于或等于工具角半径的内角和圆角。
- 变形螺旋操作与螺旋操作相似，只是螺旋是从选定的边界生成的，而不是将生成的通道修剪到加工边界。
- 变形刀具路径涉及在两条曲线之间按照其形状进行加工。
结论
希望本文能让您更好地理解数控铣削和刀具轨迹。如果您想了解更多有关数控加工的信息，请查看我们的资源中心更多的文章，网络研讨会，和指南，将帮助您充分利用数控机床的力量，实现您的下一个产品设计。
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