夏亞濤

（商丘職業(yè)技術(shù)學院， 河南 商丘 476000）

引言

中望3D 軟件是一款三維CAD/CAM一體化的軟件，可以滿足企業(yè)從產(chǎn)品研發(fā)到制造加工的一體化流程，實現(xiàn)設計到加工的無縫對接。中望3D 具備了基本的兩軸車削功能，主要包含粗加工、精加工、螺紋加工、槽加工、端面加工、鉆削加工、切斷加工7 種主要的CAM加工方式；具有40 多種銑削加工策略可供選擇，支持高速加工策略Volumill，輕松應對各種加工制造需求，實現(xiàn)高效加工；無論是Nurbs 還是STL 的幾何數(shù)據(jù)，均可生成所需的各種刀軌，包含倒扣刀軌。中望3D 提供了仿真功能，包含線框仿真與實體仿真，可以通過線框仿真查看刀具的運動軌跡；還提供了強大的后置處理功能，幫助人們快速進行自動編程[1-5]。

本文針對同一個模型零件分別采取不同策略加工，通過最終實體仿真模型的對比，分析各種策略的使用方式和適用場合。

1 精加工策略

1.1 平行銑削

平行銑削在快速銑削工序中屬于爬面加工，既可以用于開粗平面，也可以用于精加工曲面。其工序是由步長參數(shù)控制的平行銑削工藝，它用于清除明確定義的粗加工坯料或者剩余的精加工余量，其加工過程為先計算刀具軌跡，然后投影到CAM組件幾何體。

本文加工模型如圖1 所示，毛坯為精磨過的毛坯，如圖2 所示。在對圖1 零件使用平行銑削精加工策略時，首先要載入該幾何體，其次根據(jù)實際情況設置合適的毛坯大小，第三步要設置加工坐標系和加工安全高度，接著選擇合適的粗加工工序進行開粗（例如選擇二維偏移粗加工工序），通過設置刀具、特征和系統(tǒng)參數(shù)完成粗加工。

圖1 平行銑削加工模型

圖2 精磨過的毛坯

在完成上述粗加工后，選擇平行銑削工序進行精加工。第一步需要設置加工特征，一般情況選擇幾何體本身作為加工特征，通過選取加工區(qū)域輪廓作為加工范圍限制完成特征創(chuàng)建。第二步選取合適的加工刀具進行精加工，一般加工曲面選擇球頭刀。第三步根據(jù)加工曲面設置加工參數(shù)，并完成計算，生成刀路?；谠摬呗员旧砑庸ぬ攸c可以發(fā)現(xiàn)，其只適合于加工較平緩的曲面，而對于陡峭的斜面或者曲面，其生成的刀路相對稀疏，如圖3 所示。

圖3 平行銑削加工陡峭斜面

1.2 三維偏移銑削

三維偏移銑削又稱為三軸螺旋銑削，是一個區(qū)域清理技術(shù)，用許多封閉邊界來圍合銑削運動的方法來銑削修剪曲面或?qū)嶓w。該策略可在各深度或朝向零件邊界或遠離零件邊界行進加工。三維偏移銑削工序可用于以下場合：靠近斜面處需要平滑與連續(xù)的刀軌、在未銑削或不能銑削處的銑削，或?qū)⒘慵鳛檎w銑削時。這是一個設計用于實現(xiàn)整個刀具軌跡達成相同刀痕狀態(tài)的精銑加工。

以圖1 為例進行三維偏移銑削加工，第一步選擇加工特征，點擊“三維偏移銑削”，直接選擇零件為加工特征。在其他的加工軟件中，有些軟件需要把曲面、線條等特征縫合成實體才能進行加工，而中望3D 支持的加工特征既包括實體，也包括曲面和線條，無須專門縫合成實體再進行加工，這就大大簡化了CAM的工作程序，提升了整體工作效率。第二步選擇加工刀具，點擊中望3D 的刀具庫，選擇“R3”的球刀，也可以手動輸入刀具名稱和規(guī)格尺寸。此外，工程師還可以把一些特殊或者企業(yè)專用的刀具添加到中望3D的刀具庫中，方便以后調(diào)用。第三步設置加工參數(shù)，設置刀軌公差、刀軌間距和設置限制類型等，其余使用默認值即可，完成刀路計算，如圖4 所示。

圖4 三維偏移銑削刀路

1.3 等高線銑削

等高線銑削是按照等高線一層一層地移除加工區(qū)域的材料。等高線銑削是高速加工最常用的加工方法，通常用來加工側(cè)面。等高線銑削具有加工質(zhì)量高、銑削效率高、加工能耗低等優(yōu)點，廣泛地應用于高速加工中。在中望3D 軟件中，等高線銑削的操作流程如下，第一步插入工序，根據(jù)加工零件的形狀選擇“插入工序”，在工序類型中的“快速銑削”選項卡面板中選擇“等高線銑削”工序。第二步添加特征和選擇刀具，雙擊“等高線銑削”工序，在主要參數(shù)中添加零件為特征和選擇D6R0.5 的圓鼻刀具。第三步設置限制參數(shù)、公差、步距和刀軌等參數(shù)，并完成計算，生成刀路，如圖5 所示。

圖5 等高線銑削

1.4 角度限制銑削

角度限制銑削工序組合了多種快速銑削工序來分別加工平坦區(qū)域和陡峭區(qū)域，這將改進加工效率和曲面的光滑度。其可以控制只加工平坦區(qū)域或陡峭區(qū)域，或者兩者都加工。角度限制銑削具體操作流程如下：第一步，快速插入“角度限制”工序，通過查詢工具欄中的測量和檢查實體命令，為下一步確定刀具大小作準備。第二步，在工序特征中加入零件，并選擇輪廓加工范圍，通過刀庫或者自定義D6R0.5 的圓鼻刀具。第三步，雙擊“角度限制”進行參數(shù)設置，在“主要參數(shù)”里面，設置加工余量及平坦區(qū)域、陡峭區(qū)域的加工方式，設置平坦區(qū)域及陡峭區(qū)域的銑削步距。在整個圓角加工過程中，最好的方式是陡峭區(qū)域走等高線、平坦區(qū)域走平行銑削的方式，并且在兩者邊界區(qū)域可以設置重疊區(qū)域，這樣才能達到最優(yōu)化的加工光潔度，如圖6 所示。

圖6 陡峭區(qū)域走等高線、平坦區(qū)域走平行銑削方式

2 對比分析

以上四種策略是中望3D 常用的精加工方式，通過實際刀路觀察和仿真加工后公差帶分析，平行銑削和三維偏移銑削這兩種加工方式非常類似，只是它們的走刀路徑不太一樣，平行銑削默認為Z 字形走刀，而三維偏移銑削則是螺旋狀走刀，根據(jù)其走刀路徑特點，在加工的特征為長條狀零件時可以選擇平行銑削，而在加工回轉(zhuǎn)面或近似圓面時可以選擇三維偏移銑削，以減少跳刀。平行銑削和三維偏移銑削的另外一個顯著特點是非常適合平緩曲面加工，而針對陡峭面，其加工精度不如等高線銑削順滑，而等高線銑削基本不具備針對平緩面加工的能力。角度限制銑削則很好地解決了同時加工平坦區(qū)域和陡峭區(qū)域的問題，這種方式雖然方便但也有缺點，如只能使用一把刀進行兩種區(qū)域的加工。通過日常加工發(fā)現(xiàn)，球刀加工曲面精度較高，而在加工陡峭面和平坦面過渡時很容易產(chǎn)生過切或者漏切問題。

3 結(jié)語

本文對平行銑削、三維偏移銑削、等高線銑削和角度限制銑削四種精加工工藝進行同一零件的實例加工，通過對生成的刀路和仿真面片的對比分析，發(fā)現(xiàn)不同精加工路線之間適用場合略有區(qū)別。該研究可為后續(xù)CAM編程選擇精加工方式提供一定的參考。