夏亞濤

（商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)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(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)到加工的無(wú)縫對(duì)接。中望3D具有2～5軸的數(shù)控CNC加工功能模塊，且提供有靈活豐富的銑削策略，是一款易學(xué)易用的三維CAD/CAM一體化軟件，可用于工具制造、汽車和模具行業(yè)中通常用到的復(fù)雜形狀的加工。在最新的2021版中，諸多CAM相關(guān)功能得到了大幅度的增強(qiáng)和優(yōu)化，能夠加快刀具路徑創(chuàng)建和后處理計(jì)算的速度。更值得一提的是，當(dāng)計(jì)算機(jī)在后臺(tái)計(jì)算刀路時(shí)，工程師無(wú)需等待刀路計(jì)算完成，仍可使用中望3D繼續(xù)其他正常的設(shè)計(jì)工作，從而大幅度提升工作效率。

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、切斷加工等七種主要的CAM加工方式；并且具有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(yīng)對(duì)各種加工制造需求，實(shí)現(xiàn)高效加工；無(wú)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(shí)體仿真，可以通過(guò)線框仿真查看刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡；中望3D還提供了強(qiáng)大的后置處理功能，幫助快速進(jìn)行自動(dòng)編程。

本文針對(duì)同一個(gè)模型零件分別采取不同策略進(jìn)行加工，通過(guò)最終實(shí)體仿真模型的對(duì)比，分析各種策略的使用方式和適用場(chǎng)合。加工模型如圖1六面體零件所示；毛坯為精磨過(guò)的毛坯，如圖2所示。

1 參考工序

在CAM的加工中，開粗是能以最快的時(shí)間切除最多毛坯的操作；而二次開粗則是針對(duì)前一個(gè)程序未加工到的位置或殘料，進(jìn)一步進(jìn)行加工的操作，均能達(dá)到清除多余殘料的目的。本文以零件模具型芯為例，運(yùn)用中望3D軟件的CAM模塊來(lái)完成三軸加工開粗與二次開粗。

圖1 六面體零件

圖2 毛坯

在中望3D軟件CAM加工中，開粗需要使用二維偏移粗加工功能。在對(duì)圖1零件使用平行銑削精加工策略時(shí)，首先要載入該幾何體，并且根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置合適的毛坯大小范圍，然后要設(shè)置加工坐標(biāo)系和加工安全高度，接著選擇合適的粗加工工序進(jìn)行開粗（例如選擇二維偏移粗加工工序），通過(guò)設(shè)置刀具（D16R0.5）、特征和系統(tǒng)參數(shù)完成粗加工[1-2]。

在完成上述粗加工后，繼續(xù)使用二維偏移粗加工功能即可進(jìn)行二次開粗，第一種方式可以新建二維偏移粗加工完成以上重復(fù)步驟進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，并且更改刀具參數(shù)進(jìn)行二粗；第二種方式可以右鍵二維偏移粗加工命令調(diào)出重復(fù)命令進(jìn)行二粗，這種方式可以繼承首次設(shè)置的參數(shù)而節(jié)省時(shí)間，重復(fù)命令在日常加工中比較常用。再調(diào)用重復(fù)命令完成參數(shù)設(shè)置后，需要調(diào)用參考工序命令，并雙擊選擇參照首次粗加工進(jìn)行二粗。要進(jìn)行二粗加工，需要更換尺寸合適的刀具，通過(guò)設(shè)置刀具和選擇合適的下刀步距，最終得到二粗刀軌路徑。

2 參考刀具

中望3D CAM當(dāng)用于特定工序的刀具不能到達(dá)某些區(qū)域時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生余料。殘料切削工序定義對(duì)話框中的參考刀具參數(shù)用于對(duì)其他工序使用的刀具進(jìn)行識(shí)別，以便于中望3D用其計(jì)算余料的數(shù)量與位置。中望3D CAM快速銑削工序也有參考刀具，其為快速銑削工序定義對(duì)話框上的極限選項(xiàng)卡下的參考刀具參數(shù)。當(dāng)參考刀具定義好時(shí)，該工序首先計(jì)算由參考刀具識(shí)別出的余料。然后再進(jìn)行真正的精加工工序。在CAM方案管理器中，快速銑削精加工與高速精加工（HSM）也包含參考刀具參數(shù)。參考刀具用來(lái)確定哪些區(qū)域（使用該刀具）是不能切削的。進(jìn)行二粗時(shí)可選擇比初始粗加工直徑大的刀具。為了減少二粗加工時(shí)的空行程次數(shù)，可以人為調(diào)大一些刀軌和公差當(dāng)中的公差參數(shù)，公差越大，空刀會(huì)相應(yīng)減少。

以上頁(yè)圖1為例進(jìn)行參考刀具二粗切削加工，第一步和參考工序一樣右鍵首次粗加工調(diào)用重復(fù)命令或者直接創(chuàng)建二粗加工工序。第二步選擇加工刀具，點(diǎn)擊中望3D的刀具庫(kù)，如圖5所示，選擇“D6”的平銑刀，也可以手動(dòng)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(kù)中，方便以后調(diào)用。第三步設(shè)置加工參數(shù)中的參考刀具，選擇首粗工序的刀具（D16）作為二粗的參考刀具，其余使用默認(rèn)首粗參數(shù)值即可，完成刀路計(jì)算。

圖5 參考刀具

3 清角加工

在很多產(chǎn)品以及模具的CAM加工過(guò)程中，很多角落的圓角很小，但精加工時(shí)不可能使用小刀具加工完成整個(gè)面，并且小刀進(jìn)給率也比較低，所以通常會(huì)用比較大的刀具來(lái)精加工整個(gè)面；小圓角則使用清角刀路，用小的刀具把整個(gè)小圓角清理完畢。因此如何做好清角加工成為工程師們?cè)谌SCAD設(shè)計(jì)軟件中進(jìn)行CAM編程時(shí)需要考慮的重要內(nèi)容。而中望CAM功能的清角工序，支持尖角和圓角的清角加工，能夠很好地協(xié)助三維CAD工程師對(duì)這一工序進(jìn)行制作以及程序編輯，大幅減少后續(xù)工作。另外其新增組合加工策略，能夠快速分析轉(zhuǎn)角的圓弧及生成所需刀路，均勻切削負(fù)荷避免過(guò)切，獲得更好的表面加工質(zhì)量，更精準(zhǔn)地完成產(chǎn)品加工。

在進(jìn)行清角加工之前，首先先測(cè)量圓角大小。經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)圓角半徑大小為5 mm，那么在加工整個(gè)曲面的時(shí)候使用D16的刀具進(jìn)行角度限制銑削加工，得到所需刀路。后續(xù)首先快速插入“清角切削”工序；在工序特征中加入零件，操作非常快捷方便；考慮到圓角為R5，決定用R3的刀具來(lái)加工清角位置并雙擊“參數(shù)”進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。在“主要參數(shù)”里面，設(shè)置加工余量以及平坦區(qū)域、陡峭區(qū)域的加工方式，設(shè)置平坦區(qū)域以及陡峭區(qū)域的切削步距;在整個(gè)圓角加工過(guò)程中，最好的方式是陡峭區(qū)域用等高、平坦區(qū)域用平行銑削的方式，這樣才能達(dá)到最優(yōu)化的加工光潔度；在“參考刀具”里輕松設(shè)置參考刀具的大?。―6）。在“陡峭角度”里面設(shè)置陡峭區(qū)域和平坦區(qū)域的分界角度，并且設(shè)置平坦區(qū)域優(yōu)先，或者是陡峭區(qū)域優(yōu)先,設(shè)置進(jìn)退刀以及鏈接方式;最后點(diǎn)擊計(jì)算,就可以算出整個(gè)清角刀路。整個(gè)編程過(guò)程操作簡(jiǎn)單便捷[3-4]。

4 對(duì)比分析

以上三種策略是中望3D常用的清除余料方式，通過(guò)實(shí)際刀路觀察和仿真加工后公差帶分析，參考工序和參考刀具這兩種清除殘料加工方式非常類似，只是它們的走刀路徑不太一樣，通過(guò)參考工序進(jìn)行二次開粗，可根據(jù)前一個(gè)工序未加工到的真實(shí)工件的當(dāng)前狀態(tài)來(lái)加工某個(gè)區(qū)域，這將有效幫助工程師避免在開粗過(guò)程中,因再次切削已經(jīng)加工過(guò)的區(qū)域而出現(xiàn)空刀,或者刀具過(guò)載和地方殘料過(guò)多而被一次加工出來(lái)出現(xiàn)加工中斷刀，或者工件存在未清除的地方等情況的出現(xiàn)。參考工序是一種計(jì)算預(yù)運(yùn)行工序的余料的快速方法。使用參考工序有附加好處。通過(guò)參考工序，用戶可使用不同的工序類型或不同的切削參數(shù)（如平行切削粗加工作為平行精銑加工的參考工序）。在使用參考刀具進(jìn)行二粗時(shí)，如果工程師選擇螺旋進(jìn)刀方式，往往需要考慮最小螺旋直徑值是否能下刀到比較狹窄的位置，若不考慮這些因素在后面加工時(shí)很容易出現(xiàn)踩刀現(xiàn)象。相比前兩種清除殘料方式主要用于粗加工，清角切削主要用精加工，清角工序能夠更好地提高工程師的CAM編程與工作效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品更精準(zhǔn)的加工。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)參考工序、參考刀具和清角切削幾種清除殘料方式對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)不同清殘料加工路線之間適用場(chǎng)合略有區(qū)別，通過(guò)選擇合適的殘料清除方式可以幫助工程師們準(zhǔn)確快速地完成編程工作，在確保高效率、高質(zhì)量加工效果的同時(shí)，也為公司降低了投入成本，同時(shí)也為后續(xù)CAM編程選擇清料方式提供一定的參考。