等高銑削加工中的層與深度

楊景麗

等高加工是刀具逐層切削材料的一種加工類型。在數控車中分由外及里或由里及外，類似于常使用的G71、G72、G73（Fanuc系統）循環指令內外圓的粗、精加工，而在數控銑/加工中心中，只能由高到低或由頂到底（臥式加工中心）。本文僅討論數控銑/加工中心CAM軟件編程時，層與深度的選擇及注意事項，其他的暫不討論。

等高加工是CAM軟件最常見加工類型之一，完成等高加工，對機床最低要求2.5軸。等高加工對平面、曲面、垂直平面等都能很好的適應，近似一種截平面輪廓銑，也有人形容這種加工方法為‘水落石出法。等高加工在模具加工領域應用較廣泛，更有甚者將等高加工稱‘一招打天下，足以說明等高加工在CAM軟件編程中的地位。如此重要的加工策略本應該被人們熟知、熟用，細節把握也更應準確，然而，在當今信息交流如此廣泛、便捷的時代卻很難找到專門敘述等高加工中層與深度的論述。固在此一論，拋磚引玉，如有謬誤還望指正。

等高加工的層與深度在不同的軟件中敘述、翻譯是不一樣的，有的軟件稱之為依層與依區域或者層優先與深度優先，本文表述時盡力表述全，以免引發歧義。個人更傾向于使用層與區域，如此，更規范也易讓人理解，但，鑒于大多數軟件在設計及翻譯等原因，都是以層與深度作為選項，所以本文也以層與深度論述。

如何理解等高加工中的層與深度呢？我們通過加工示例來敘述，如圖1。示例中共有4個非相連區域需要加工，毛坯為方料，四周及上下面都以精加工，只需采用等高加工策略完成四個槽的粗、精銑。既然使用等高加工，就會涉及到選擇依層與依深度，依層與依深度有何區別？通過圖示講解。首先，依層是指加工過程中非‘相連區域的加工是同步進行的，我們得到的是‘共同致富，如圖2；依深度是指加工過程中非‘相連區域的加工是依區域、順序進行，其結果表現‘部分人先富裕起來的策略，如圖3。

通過圖示我們能很好理解依層與依深度加工策略的不同之處，然而在這兩種加工策略中有幾個小問題需要思考，依層與依深度的優缺點？應用場合？誰更應該成為默認選項？如何完美結合？

依層與依深度優缺點：

依層（層優先）是刀具在整個加工過程中零件形狀是按完成一個水平‘切面材料去除后再一個的方法加工，這種方法有兩個特點，同一深度一次完成、完成前一層才能進行下一層。如此依層的優點也就體現出來了：加工深度保持一致，加工順序、步調一致，缺點是為了保持深度、順序、步調一致，各區域之間的抬刀、落刀就會太多，造成效率降低，如果出現下刀設置錯誤還會出現‘扎刀現象，所以效率低、安全隱患是依層（層優先）的缺點。

依深度（深度優先或區域優先）對零件非相連區域采取加工完一個再進行下一個，這樣就能避免了太多的抬刀，提高了加工效率，但由于加工區域深度不一致選擇刀具長度時只能依據最深的型腔選擇，有時因為刀具剛性差，加工振動造成表面質量差；而不同的加工深度也會造成易變形零件或剛性較差零件出現變形不均勻等問題。

依層以及依深度各應用場合：

當零件加工深度方向落差較大，需要更換多把不同長度刀具時（圖4）或者避免前面加工影響后面加工的如變形、鐵屑堆積、剛性變差等（圖5）可采用依層（層優先）。能減少刀具更換次數。

依深度（深度優先或區域優先）通常使用在深度整體變化不大，變形及剛性改變可忽略的零件或者需要調整壓板等場合（圖6）。

誰應該成為默認選項：

依層（層優先）相對來說同步、效率低，而依深度（深度優先或區域優先）效率高但會出現刀具過短造成的安全問題，單從安全與效率的角度來講當然安全應該放在第一位，這也是大多CAM軟件采用依層為默認選項。安全既然作為優先考慮，那么編程員在程序編制時第一時間就會排除安全隱患，安全隱患排除了也就沒有安全問題了，有人說初學者考慮不到那么周全，可是又有誰會讓初學者直接做程序員？而對于效率的問題無論新老程序員卻經常‘忽略，如果默認選項為依深度（深度優先或區域優先）就會避免該問題，哪一個應該成為默認選項，心中自有定數。

如何發揮二者的優勢：

人們常說魚與熊掌不可兼得，怎么處理才能解決這個問題呢？這里推薦‘樓層法。‘樓層法如同蓋房子一樣，先將整個加工過程分為不同的幾個階段，也就是‘依層（直接以加工深度控制），而各個階段采用依深度（深度優先或區域優先）加工。

相連區域：

決定區域之間是否相連，不是幾何圖形中的相通，更多的時候需要考慮刀具的直徑，刀具的直徑會影響到在何處分區。同時那些‘隱蔽分區之間極易被人們忽略，忽略的后果會使清角的刀具切削量瞬間增大，表面質量不易保證，嚴重的會出現刀具損壞、零件報廢！如何判斷相連區域是否會分區，取決于使用的刀具以及連接表面余量。如果刀具直徑與余量二倍之和大于區域之間的距離，就會自然形成不同區域，既然區域不同，那么加工策略繼承總選項如圖7。