基于中望3D 制造（CAM）對于精加工方式選擇的研究分析

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(yīng)對各種加工制造需求，實(shí)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(shí)體仿真，可以通過線框仿真查看刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡；還提供了強(qiáng)大的后置處理功能，幫助人們快速進(jìn)行自動(dòng)編程[1-5]。

本文針對同一個(gè)模型零件分別采取不同策略加工，通過最終實(shí)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(jì)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(shí)，首先要載入該幾何體，其次根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置合適的毛坯大小，第三步要設(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），通過設(shè)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(jìn)行精加工。第一步需要設(shè)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(jìn)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(shè)置加工參數(shù)，并完成計(jì)算，生成刀路。基于該策略本身加工特點(diǎn)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(gè)區(qū)域清理技術(shù)，用許多封閉邊界來圍合銑削運(yùn)動(dòng)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(yuǎn)離零件邊界行進(jìn)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(shí)。這是一個(gè)設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)整個(gè)刀具軌跡達(dá)成相同刀痕狀態(tài)的精銑加工。

以圖1 為例進(jìn)行三維偏移銑削加工，第一步選擇加工特征，點(diǎn)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(shí)體才能進(jìn)行加工，而中望3D 支持的加工特征既包括實(shí)體，也包括曲面和線條，無須專門縫合成實(shí)體再進(jìn)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(diǎn)擊中望3D 的刀具庫，選擇“R3”的球刀，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的刀具庫中，方便以后調(diào)用。第三步設(shè)置加工參數(shù)，設(shè)置刀軌公差、刀軌間距和設(shè)置限制類型等，其余使用默認(rèn)值即可，完成刀路計(jì)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(diǎn)，廣泛地應(yīng)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(xiàng)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(shè)置限制參數(shù)、公差、步距和刀軌等參數(shù)，并完成計(jì)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(jìn)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(shí)體命令，為下一步確定刀具大小作準(zhǔn)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(jìn)行參數(shù)設(shè)置，在“主要參數(shù)”里面，設(shè)置加工余量及平坦區(qū)域、陡峭區(qū)域的加工方式，設(shè)置平坦區(qū)域及陡峭區(qū)域的銑削步距。在整個(gè)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(shè)置重疊區(qū)域，這樣才能達(dá)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(shí)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(rèn)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(diǎn)，在加工的特征為長條狀零件時(shí)可以選擇平行銑削，而在加工回轉(zhuǎn)面或近似圓面時(shí)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(gè)顯著特點(diǎn)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(shí)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(diǎn)，如只能使用一把刀進(jìn)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(shí)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(jìn)行同一零件的實(shí)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。