復雜型腔零件的數控CAM加工工藝及刀路優化

張紅梅 張靜科 彭文 李志鵬 趙勇

摘要：復雜型腔零件粗加工采用平面區域粗加工之環切加工，主要目的是提高生產效率、余量均勻等;精加工時，根據零件特征，采用平面輪廓精加工模式，以保證精度和表面質量，為避免過切與讓刀，圓弧和拐角適當減小進給速度;采用圓弧進刀和退刀方式。

關鍵詞：型腔零件;數控加工;走刀方式;優化

中圖分類號：TG659? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）10-0101-02

0? 引言

數控加工是一個復雜過程，因機床、刀具、材料、零件結構不同等因素要求加工人員需采用不同的切削方式、設定不同的切削參數等。數控程序的合理編制，對零件加工效率的高低和加工質量的好壞有直接影響。計算機軟件編程是目前數控加工的主流，尤其對于較復雜零件，特別是帶有曲面、螺旋線的零件。無論使用哪種軟件編程，加工前的工藝分析至關重要，直接決定加工可行性和質量[1]。

1? 數控加工工藝流程

CNC機床上對加工零件進行編程前，首先需要完成對加工工藝的編制。因些加工中的所有工序、工步、每道工序的切削用量、進給路線、加工余量和所用刀具的尺寸、類型等都要預先設定好，并編入數控程序中，其工藝主要流程如圖1所示。

2? 復雜型腔零件加工

型腔主要分矩形型腔和圓形型腔和不規則型腔，是由封閉邊界和數目不等的島嶼組成，如圖2所示。加工型腔主要是對區域和輪廓（包括邊界與島嶼輪廓）的加工。區域是一個有限內部空間，由封閉輪廓和島嶼圍成。輪廓用來界定加工區域外部邊界;島嶼是一個孤立部分，由封閉輪廓限定，用來屏蔽區域內不需要加工的部分。

在型腔加工過程中，應先加工內部區域，要合理安排效率最佳路線，保證走刀時不碰撞島嶼及內部輪廓，避免出現過切現象，采用環切和行切兩種走刀方式，如圖3所示。這兩種走刀方式主要是盡可能多的切除內部區域的面積，盡量減小重復路線。

加工輪廓時，刀具軌跡如圖4所示，要充分考慮輪廓拐角處半徑及輪廓與島嶼間的距離，充分利用刀具半徑補償功能，由輪廓向里偏置一個刀具半徑R，并為精加工留有一定余量。

就加工效率而言，行切與環切兩種進給路線哪個更具優勢，與輪廓的具體形狀、內部島嶼的形狀、數量及分布均有關系。對于特定型腔，具體采用哪種切削方式及進給路線，需綜合考慮加工工藝，原則上以切削時間最短作為較優的進給方案[2]。

3? 加工實例

本研究以加工如圖5所示零件模型為例，利用CAM軟件生成其型腔加工軌跡。其中，工件的高度為20，型腔深度為5橢圓長軸15，短軸10，未注圓角為R10，其余尺寸如圖6所示。

3.1 粗銑走刀方式及刀路優化

粗銑的目的是盡快去除多余的量，提高加工效率。常用粗銑模式有平面區域粗加工和等高線粗加工兩種模式，對于該零件模型，一般較為常用平面區域粗加工方式，該方式主要分環切加工和平行加工，其加工路徑如圖7所示。

從加工路徑圖可以看出，環切加工軌跡切削總距離為28863.517mm，軌跡切削時間為14.425分鐘;平行加工軌跡切削總距離為29934.599mm，軌跡切削時間為14.96分鐘，從加工效率來看，優選環切加工，如表1所示。

3.2 精銑走刀方式及刀路優化

精銑的目的是提高加工精度，在粗銑基礎上采用平面輪廓精加工，以保證零件尺寸精度和形狀精度，如圖8所示。其精加工模式仿真效果如圖9所示。

4? 結語

復雜型腔零件加工程序主要采用自動編程，粗加工時采用平面區域粗加工之環切加工，主要以提高生產效率、余量均勻等為參考;精加工時，根據零件特征，采用平面輪廓精加工模式，以保證精度和表面質量，為避免過切與讓刀，圓弧和拐角適當減小進給速度[3];采用圓弧進刀和退刀方式。

參考文獻：

[1]劉文進，李鋒.數控銑削高效加工技術與絕技絕招[M].北京：化學工業出版社，2019.

[2]王愛玲，李夢群，馮裕強.數控加工理論與實用技術[M].北京：機械工業出版社，2009.

[3]徐海軍，王海英.CAXA制造工程師2013數控加工自動編程教程[M].北京：機械工業出版社，2014.

[4]馬光全.基于 UG 模具成型部件 CAM 編程加工方式及刀路優化[J].內燃機與配件，2020（20）：89-90.

[5]汪名松.復雜模具型腔銑削路徑規劃與實驗研究[D].大連：大連理工大學，2017.

[6]吳敏.一種斷路器箱體數控加工工藝的研究[D].大連：大連理工大學，2016.