在耗時的CNC精加工過程中，超弦精加工技術如何提升加工效率
在精密制造領域，CNC（計算機數控）精加工技術以其無與倫比的精度和靈活性，成為了高端制造不可或缺的一環。然而，隨著市場競爭的日益激烈，如何在保證質量的前提下，進一步提升CNC精加工的效率，成為了眾多制造企業關注的焦點。今天，就讓我們一同探索那些能夠助力CNC加工效率飛躍的五大秘籍，讓您的生產線煥發新生，提速不止一點點！
秘籍一：優化數控編程，精準高效
數控編程是CNC加工的靈魂。通過采用先進的CAM（計算機輔助制造）軟件，結合高效算法，可以自動優化刀具路徑，減少空行程，提高材料去除率。同時，合理設置切削參數，如切削速度、進給率、切削深度等，確保刀具在最佳狀態下工作，既保證了加工質量，又大幅提升了加工效率。
秘籍二：選用高性能刀具，事半功倍
“工欲善其事，必先利其器”。在CNC加工中，刀具的選擇至關重要。高性能的刀具材料（如硬質合金、陶瓷、PCD等）和先進的涂層技術，能有效降低切削力，提高耐磨性，延長刀具壽命。此外，針對特定加工任務定制刀具形狀和幾何角度，也能顯著提升加工效率和表面質量。
秘籍三：實施并行加工與多任務處理
現代CNC機床往往具備強大的并行加工能力，可以同時處理多個任務或在同一工件上進行多軸聯動加工。通過合理規劃加工順序，利用機床的并行處理能力，可以顯著縮短加工周期。同時，采用智能排產系統，根據機床負載和加工優先級自動分配任務，實現生產線的最優調度。
秘籍四：強化機床維護與保養
機床的良好狀態是高效加工的前提。定期對CNC機床進行維護保養，包括清潔導軌、檢查傳動部件、校準機床精度等，可以確保機床在最佳性能下運行。此外，及時更換磨損的部件，避免故障停機，也是提升加工效率的關鍵。
秘籍五：引入智能監控與數據分析
隨著工業4.0時代的到來，智能監控與數據分析技術在CNC加工領域的應用日益廣泛。通過安裝傳感器和監控系統，實時收集機床運行數據，利用大數據分析技術，可以及時發現潛在問題，預測故障發生，從而提前采取措施避免停機。同時，數據分析還能幫助優化加工參數，進一步提升加工效率和質量。
在耗時的CNC精加工過程中，如何提升加工效率是特別有意義的話題。如果告訴你，有一種加工方法可以將零件的精加工時間從60分鐘縮短到4分鐘，你或許以為是在開玩笑！今天將給大家介紹超弦精加工技術，其使用的創新刀具與加工策略，可大幅提高精加工效率，充分釋放出CNC加工超乎常規的潛力。
▲精加工走刀程序示意
精加工的目的是保證工件的最終尺寸精度和表面質量。要提升精加工的效率，就要從這兩方面進行深入考慮。
編程新思路：超弦精加工
以我們常用的加工編程軟件Mastercam為例，超弦精加工技術是一項高效精加工的編程解決方案：
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▲實際切削案例
在這個案例中，工序1若使用球刀精加工，時間：30分鐘，而使用圓弧刀具+超弦精加工，時間：3分鐘。
工序2中，若使用球刀精加工，時間：60分鐘；而使用圓弧刀具+超弦精加工，時間：4分鐘。
為什么能取得這樣的效果，這就要從我們精加工表面質量的決定因素說起。
精加工的決定因素：殘脊高度
精加工的表面質量，其很大程度取決于加工后留下的殘脊高度。那什么是殘脊高度？殘脊高度是指加工中刀具通過兩條相鄰刀具路徑之后，殘留材料凸起部分的最大高度。
如何減少殘脊高度
一個可行的方法是減小步距，減小相鄰刀路之間的距離。但這意味著增加了單位面積中的刀路數量和密度，增加精加工的時間。所以在3D曲面精加工中，大家會感覺“表面質量”與“加工時間”之間似乎是一項兩難選擇，因為：更好的表面質量=更長的加工時間。
另一個可行的方法是使用更大的刀具。因為刀具半徑越大，與材料接觸時接觸點上的弧度越大。在相同刀路密度下，得到的殘脊高度越小。
舉個例子：
使用10mm球刀，步距設為4mm；
產生殘脊高度：0.432mm。
使用25mm球刀，步距同樣設為4mm；
產生殘脊高度：0.152mm。
兩把大小不同的刀具，使用相同的步距，殘脊高度對比。
使用更大弧度的刀具，可以減小殘脊高度。
用大半徑還是小半徑刀具
用大半徑的刀具可以減小殘脊高度，達到更好的表面質量。但新的問題又出現了：很多工件需要精加工的地方間隙狹小，不能用大半徑刀具加工。
大半徑刀具精加工：
優勢：更小的殘脊高度；更短的循環時間。
劣勢：加工不到細小間隙區域；容易干涉，編程復雜。
小半徑刀具精加工：
優勢：編程方便；可以加工到細小間隙區域。
劣勢：若要達到更好的表面質量，需要減小步距，增加刀路密度；加工時間更長。
使用怎樣的編程策略
超弦精加工技術是對于使用圓弧刀具進行高效精加工的編程解決方案?？梢葬槍Ω鞣N形狀的大圓弧刀具，基于刀具形狀，通過特殊刀路算法，對加工過程中的刀具接觸點進行動態補償，可以充分利用圓弧刀具的外形進行高精度高效率的精加工。
要想以超弦精加工方式使用大圓弧刀具進行精加工，應該選擇怎樣的刀路策略進行編程呢？
3軸加工：
在普通3軸加工中，因為機床軸運動簡單，可以利用超弦精加工進行一些側壁和陡峭區域或頂面平緩區域的精加工。推薦選用圓桶形式和錐度形式的圓弧刀具，使用Mastercam 3D精加工中的等高策略和平行策略進行超弦精加工。
3+2定面加工：
在3+2定面的環境中進行超弦精加工，同樣推薦使用等高與平行策略。與單純的3軸加工不一樣的是，3+2定面加工中，需要選擇合適的刀具平面，使刀具的圓弧在刀路中以穩定的切點與材料接觸。
五軸聯動加工：
五軸聯動加工機床運動的角度靈活，是超弦精加工的主要應用領域。在五軸加工中，推薦使用平行和漸變加工策略。
以五軸聯動方式進行超弦精加工，其關鍵點是控制刀軸，使刀具以穩定合適的圓弧切點與材料接觸。
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綜合比較分析
有沒有辦法，整合兩者的優勢，規避兩者的劣勢？答案是可以的。仔細分析殘脊高度的形成過程可以發現，殘脊高度其實與刀具和材料接觸點的弧度半徑有關，與刀具半徑本身關系不大。如果僅僅增加刀具有效加工部分的弧度半徑，而保持刀具本體半徑的大小不變，或許就可以同時達到提升表面質量和縮短精加工時間這兩個目的了。
以錐度型式（Taper Form）的大半徑圓弧銑刀為例，利用刀具有效加工弧度進行精加工，留下的殘脊高度，等同于187倍直徑大小的球刀留下的殘脊高度。
用一把16mm的錐度型式大圓弧銑刀，在相同步距、相同時間中完成的精加工表面質量，相當于使用直徑近3000mm（3米）的球刀，達到的表面質量。
改變刀具的形狀，增大加工中刀具與材料接觸點的弧度，減小精加工留下殘脊的高度，可以大大減少精加工區域中所需刀路的數量和密度，也就大大減少了加工時間，提高了生產效率。
但新的問題又來了：這類大圓弧銑刀上的有效加工弧度的形狀復雜，在刀路中要基于刀具的復雜形狀進行相應補償，才可以使刀具的大圓弧精確的貼合加工位置，達到精加工中表面質量的要求。這樣的刀路應該怎樣編程？
在CAM軟件Mastercam上利用超弦精加工技術，可以針對各種形狀的大圓弧刀具，基于刀具形狀，通過特殊刀路算法，對加工過程中的刀具接觸點進行動態補償，可以充分利用圓弧刀具的外形進行高精度高效率的精加工。
這種超弦精加工技巧在精加工中實實在在提升了效率，但同樣也有編程成本稍高的問題，具體還是要根據產品加工狀況進行對應分析。你覺得這樣的方案如何，你會使用嗎？歡迎在下方留言區和大家討論~
來源：金屬加工、夾具俠；如有侵權可來電刪除
結語
在CNC精加工領域，提升加工效率是一場永無止境的探索。通過優化數控編程、選用高性能刀具、實施并行加工與多任務處理、強化機床維護與保養以及引入智能監控與數據分析等五大秘籍，我們不僅能夠顯著提升加工效率，還能在激烈的市場競爭中占據先機，引領智能制造的新紀元。讓我們攜手并進，共創更加輝煌的未來！
在耗時的CNC精加工過程中，超弦精加工技術如何提升加工效率
07-28-2024
