第5章 曲面铣汇总.docx

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第5章曲面铣汇总

第5章曲面铣

本章主要内容：

5.1曲面铣的加工对象

5.2刀路参数

5.3曲面铣加工实例

5.4思考题

5.5练习题

曲面铣是一种精加工的加工方式，它生成的饿刀具路径仅在加工零件的表面。

其加工的对象为曲面，可以用轮廓限制加工的区域。

5.1曲面铣的加工对象

在CimatronE中，曲面铣包括了多种加工方式，其主要分为两部分，第一部分为CimatronE新增的加工方式；第二部分为传统的加工方式，也就是Cmatronit中同样有的加工方式。

下面对各种加工方式简单的说明一下，方便大家了解曲面铣各种加工方式的区别。

1）精铣所有

精铣所有是将指定的走刀方式加工所选择的全部曲面。

精铣所有分3种加工方式：

环切、平行切削和层切，如图12-1所示3种走刀方式。

图12-1精铣所有的3种走刀方式

2）根据角度精铣

根据角度精铣方式将选择曲面的加工部位进行陡峭程度的检查，区分平缓区域（水平区域）和陡峭区域（垂直区域），并可以分别选择是否加工以及各自的加工方式。

它可以将零件加工曲面进行分区加工，采用不同的加工方式，可以在各个加工区域获得较好的加工效果。

如图12-2（a）所示为只加工水平区域而不加工垂直区域的刀路，而如图12-2（b）所示为水平区域使用环切方式，而垂直区域采用层切的加工方式所生成的刀路。

图12-2根据角度精铣

3）精铣水平区域

精铣水平区域用于精加工水平面，如图12-3所示为精加工水平区域的示例，生成的刀具路径只加工在同一水平面的曲面加工区域。

一般用作底平面的加工用。

精铣水平区域时应使用较大的侧向间距，刀具采用环形刀或平底刀，将精铣水平区域单独作为一个程序，这样可以提高加工的效率。

图12-3精铣水平区域

4）开放轮廓铣

开放轮廓铣是将开放的轮廓投影到曲面上在曲面上生成刀具路径的加工方法，它由加工曲面和开放轮廓来控制加工的一种加工方式，一般在精加工以后的清角时使用，如图12-4所示。

图12-4开放轮廓铣图12-5封闭轮廓铣

5）封闭轮廓铣

封闭轮廓铣的加工方式于开放轮廓铣是一样的，只是所选的轮廓为封闭的，如图12-5所示。

6）3D步距

3D步距也称为三维等距离加工，适用与加工曲面变化较多零件的半精加工和精加工。

在平缓曲面和陡峭曲面的刀间距相对较为均匀，如图12-6所示为3D步距的示例。

3D步距根据所选的零件曲面和轮廓来控制加工的区域，它分为零件轮廓、导引轮廓、导引点和零件曲面。

图12-63D步距加工示例图12-7毛坯环切-3D加工示例

7）毛坯环切-3D

毛坯环切-3D在切削范围内生成环绕的加工路径，它的刀具路径是沿着指定轮廓的边界等距离向内或向外偏移。

图12-7为毛坯环切-3D的加工示意图。

8）平行切削-3D

平行切削-3D是在切削范围内生成同方向的、按角度控制的加工方式，适用于加工曲面较为平缓的零件，比如较为平缓的分型面等，在加工陡峭面等不大实用。

如图12-8所示。

图12-8平行切削-3D加工图12-9环切-3D加工

9）环切-3D

环切-3D是生成一个在指定轮廓内以环绕方式进行切削的曲面精加工刀路，如图12-9所示。

10）根据层

根据层的曲面铣是采用层铣方式加工的，刀具路径在同一高度层内环绕曲面进行加工，在完成同一层加工后，再降下一层加工，如图12-10所示。

在半精加工和精加工中较为常用，也可用于曲面的清角。

图12-10环切-3D图12-11水平区域平行铣

11）水平区域平行铣

水平区域平行铣与平行切削-3D相似，只是多了一个限制角度来划分水平区域，如图12-11所示。

12）水平区域环切

水平区域环切于环切-3D基本相同，加工范围由限制角度控制，如图12-12所示为水平区域环切加工示例。

图12-12水平区域环切图12-13水平区域放射铣

13）水平区域放射铣

水平区域放射铣在被选择曲面的平缓区域内生成放射状的刀路轨迹，加工范围由限制角度设定，如图12-13所示为水平区域放射铣示例。

14）垂直区域

垂直区域方式生成的曲面铣刀具路径是在被选择曲面的陡峭面上，陡峭面决定于曲面的斜度，在实际加工中较为少用，如图12-14所示垂直区域的加工示例。

图12-14垂直区域

15）形腔铣削

形腔铣削生成的刀路轨迹只走轮廓边一刀，而轮廓范围内的曲面不作铣削。

形腔铣削在实际加工中也是极少使用的。

16）放射精铣

放射精铣时刀具由零件上任一点或者指定点向四周散发的路径加工零件曲面，与水平区域放射铣相似，它没有限制角度。

在曲面铣中，不同的加工类型有不同的加工对象。

精铣所有、根据角度精铣和精铣水平区域的加工对象为：

边界（可选）、零件曲面和检查曲面，如图12-15所示。

开放轮廓铣、封闭轮廓铣、水平区域平行铣、水平区域环切、水平区域放射铣和垂直区域的加工对象为：

轮廓、零件曲面和检查曲面。

如图12-16所示。

3D步距的加工对象为：

零件轮廓、导引轮廓、导引点和零件曲面，如图12-17所示。

图12-15图12-16图12-17

毛坯环切-3D、平行切削-3D、环切-3D、形腔铣削和放射精铣的加工对象为：

零件轮廓、毛坯轮廓、零件曲面、检查曲面和使用拾取的曲面为检查或零件2，如图12-18所示。

根据层的加工对象为：

轮廓、零件曲面和零件2曲面，如图12-19所示。

图12-18图12-19

1.轮廓

在不同的曲面铣加工类型中均有轮廓选项，包括边界、轮廓、零件轮廓和毛坯轮廓。

在有些曲面铣中必须要有轮廓，轮廓的定义方式于2.5轴加工的轮廓选择相同。

2.检查曲面

检查曲面用于当作干涉面，即在加工零件曲面生成刀具路径时，如遇到检查曲面则要避开。

检查曲面用于保护一些本加工程序不加工的零件表面。

检查曲面也可以改变成零件2曲面，进行两组曲面不同余量的加工。

3.导引轮廓和导引点

在3D步距加工方式中，可以指定导引轮廓，导引点相当于一个轮廓线缩小成一个点。

导引轮廓和零件轮廓是两种不同性质的轮廓，零件轮廓不但会影响加工的刀路轨迹形状，而且还会作为系统判断是否加工轮廓包含区域的曲面的一种依据；而导引轮廓只影响刀具路径的形状。

5.2刀路参数

5.2.1精铣所有的刀路参数

如图12-20所示，在精铣所有的刀路轨迹参数中，选择不同的加工方式时其参数选项将发生变化。

采用平行切削、环切和层切加工方式的刀路轨迹参数分别如图12-21（a）、图12-21（b）、图12-21（c）所示。

其中平行切削和环切是用来加工水平区域的；而层切是用来加工垂直曲面的。

图12-20精铣所有图12-21不同方式的参数

在精铣所有的刀路参数中的有关数据可参考体积铣中的参数。

5.2.2根据角度精铣

如图12-22所示，在根据角度精铣中选择水平加工方式，可选的加工方法有环切、平行切削和3D步距，如图12-23所示，3种加工方式在前面以有解说了，这里就不说了。

当关闭水平加工方式，也就是只加工垂直区域时，可选的加工方式有层切、向下插铣、向上插铣、双向插铣和变量层，如图12-24所示。

层切：

层切是以等高加工的方法按层进行加工。

向下插铣：

刀具从上往下以插铣的方式加工。

向上插铣：

刀具从下向上以插铣的方式运动。

双向插铣：

刀具在垂直区域的曲面上相互平行的上下双向运动的加工方式。

图12-22刀路轨迹图12-23三种加工方式

图12-24垂直区域加工方式

在根据角度精铣中有一个“限制角度”，它是用于划分水平区域和垂直区域的角度。

曲面的倾斜角度大于限制角度的将被当成垂直区域，而小于限制角度的则作为水平区域加工。

作水平区域时将只加工所选择的零件曲面倾斜角度小于等于限制角度的范围。

在水平区域加工和垂直区域加工同时存在时，会出现“加工顺序”这个指令，它分为垂直优先和水平优先。

它是指定加工的顺序，分先垂直后水平和先水平后垂直两种。

5.2.3精铣水平区域

如图12-25所示，在精铣水平区域中的加工方式只有环切和水平切削两种。

图12-25精铣水平区域的加工方法

5.2.4开放轮廓和封闭轮廓铣

在开放轮廓铣和封闭轮廓铣加工时，考虑到刀具一刀切削的负荷过大，我们可以指定多层加工。

多层加工有三个选项：

单个、Z向增量和曲面等距，如图12-26所示。

图12-26多层选项图12-27曲面进刀

Z向增量：

表示在Z方向将要进行多层加工，即生成的刀具路径沿Z轴向下或向上平移复制产生多层切削。

选择该项加工，将有两个参数：

曲面上增量Z和曲面下增量Z。

当设定其中任一参数，会出现“切削深度”这个参数，是用来设置每刀的加工深度。

曲面等距：

跟Z向增量一样，只是它的增量方式是以曲面偏移的方法计算的。

同样有：

曲面上切削余量、曲面下切削余量和切削深度。

5.2.5曲面进刀方式

在曲面铣的进刀和退刀参数中，除了有轮廓进退刀参数外，还有曲面进刀方式，如图12-27所示。

图12-27曲面进刀方式

Z向：

刀具从Z方向接近曲面，刀具运动的方式是X、Y坐标不变，直线进刀，从缓降高度开始慢速直线进刀。

法向：

刀具从曲面的法线方向进刀，运动特点是刀具以曲面的垂直方向直线进刀。

切向：

刀具沿曲面的弧切线接近曲面，运动特点是刀具以相切于曲面的圆弧方式进刀。

反向切向：

刀具沿曲面的反弧切线接近曲面，与切向进刀方式相同。

水平加工：

水平加工产生的进刀轨迹线与沿曲面的第一条刀路同方向接近曲面，刀具运动特点是Z坐标不变，直线进刀。

水平法向：

此进刀方式与法向进刀有关，即把法向进刀放水平，因此也称“放平法向进刀”，进刀特点同水平加工。

水平切向：

此进刀方式与切向进刀无关，而是将水平进刀的直线变成圆弧，方向不变，如不能与曲面相切，则任为水平进刀。

在曲面加工时，由于是精加工或半精加工，所加工的余量不是很多，采用哪种进刀方式并不会对加工产生很大的影响。

但是为了加工时零件表面的光洁，建议采用曲面切向进刀，这样在进刀时不会在零件表面留下进刀的痕迹。

5.2.6根据层的层间高速连接

根据层是一种等高加工的方式，它与体积铣的等高加工类似，只环绕曲面轮廓周边进行加工。

在根据层的曲面铣中新增了一个选项：

层间高速连接。

层间高速连接用于设置在切削层之间产生一段圆滑的连接刀具路径，采用此方法可以避免切削方向的突变，使刀具路径较为光滑。

当关闭时，刀具路径在进入下一层加工是以直线的方式连接的，打开时是以螺旋的方式连接的。

5.2.7层间铣削

根据层的加工方法也可在两层间增加切削，以高效率的方式获得良好的加工质量，如图12-28所示。

图12-28层间铣削图12-29加工顺序

1.交迭由

为了使层间铣削-水平加工的区域与根据层的层切加工区域的交界重叠，可以选择交迭角度或交迭长度。

2.侧壁加工余量

输入一个侧壁加工余量值可以扩大层切的加工范围，意味着将缩小层间水平加工的加工范围。

3.加工顺序

层间铣削-水平加工的刀路计算是依存于根据层加工的刀路，但最终计算结果既可以跟根据层刀路一起存在，也可以单独存在，一起存在时就可以选择加工的顺序，如图12-29所示。

仅层：

只产生层切的刀具路径。

仅水平区域：

只产生层间铣削-水平加工的刀具路径。

层在水平区域之前：

两者的刀路都存在，但是层切加工在水平加工之前进行。

一般的加工都是先层切再水平加工的加工顺序。

水平区域在层前：

与层在水平区域前的加工方式相同，只是把加工顺序调换了，它是先水平加工再进行层切加工。

5.3曲面铣加工实例

如图12-30所示为一个较为常见的凸模零件，其侧壁为圆弧形，顶面为平面，中间有一个球形面，分型面为平面。

首先建立一个刀路，再建立毛坯，前面的刀路按体积铣的环切-3D来粗加工，刀具使用T25R5（直径25mm拐角R5的环形刀），曲面余量：

0.25。

粗加工后如图12-31所示。

接下来的加工按以下几个步骤：

1.整体半精加工。

为了保证精加工的质量，在精加工前先作半精加工，这样可以获得较为均匀的精加工余量。

使用刀具为T10。

2.精加工分型面。

用T10的刀具把分型面精加工到位。

3.精加工凸模的侧壁。

我们使用B8的球形刀精加工。

4.精加工顶面。

用B8的球形刀做。

5.清角加工。

精侧壁加工后，由于使用的刀具为球形的，在侧壁和底面交接处还残留了部分材料，使用根据层的方式来加工，刀具为T8的平底刀。

图12-30零件图图12-31粗加工效果图

5.3.1半精加工

单击向导栏中的“创建一个程序”按键，进入程序的建立。

在加工工序中的主选择为“曲面铣”，如图12-32所示；子选择为“传统加工程序”—“根据层”，如图12-33所示。

进入参数表中，新建刀具为T10（直径10mm的平底刀）。

零件（加工对象），如图12-34所示。

边界（可选）：

1。

（最大的零件外形轮廓。

）刀具位置：

在轮廓上面；边界偏移：

0。

零件曲面：

17。

（选取所有零件曲面。

）

检查曲面：

0。

（在半精加工中，是所有曲面都要加工的，除了底平面。

）

图12-32曲面铣主选择图12-33曲面铣子选择

单击“精度和曲面偏移”前的“+”号进入加工余量的设置，如图12-34所示。

零件加工余量：

0.2。

零件曲面精度：

0.01。

零件曲面2精度：

0.01。

图12-34精度和曲面偏移图12-35刀路轨迹

单击“刀路轨迹”前的“+”号，进入刀路轨迹参数设置，如图12-35所示。

Z值最大值：

0。

Z值最小值：

-20.522。

切削深度：

0.3。

拐角铣削：

外部圆角。

切削方向：

顺铣。

开放零件：

外部+岛屿。

方向：

向下。

加工由：

区域。

层间高速连接：

关闭。

单击“机床参数”前的“+”号，进行转数、行程的设置，如图12-36所示。

主轴转数：

2000。

进给（毫米/分钟）：

2500。

其余参数按系统默认。

设置完参数，按“确定”进行本程序的运算。

计算后得到如图12-37所示的刀路轨迹。

图12-36机床参数图12-37刀路轨迹示意图

5.3.2精加工分型面

选择精加工分型面的加工方式为精铣水平区域。

先将精铣水平区域的参数表拉到底，单击“零件”前的“+”号，进入加工对象的设置，如图12-38所示。

边界（可选）：

1。

（选取零件最大外形，也可不用选择，精加工水平区域是以毛坯来计算的，轮廓可选也可不选，刀路一样会计算。

）

零件曲面：

1。

（只选择要加工的零件曲面，也就是底平面，如图12-39所示。

）

检查曲面：

16。

（选取剩下的所有曲面为检查曲面。

）

图12-38零件选取图12-39零件曲面

加工本程序的刀具任为T10的平底刀。

单击“精度和曲面偏移”前的“+”号，进行里面的参数设置，如图12-40所示。

零件加工余量：

0。

检查曲面偏移：

0.3。

（上一程序的加工余量为0.2，为了避免这次加工时碰到侧壁，所以多留了点余量。

）

曲面精度：

0.01。

图12-40精度和曲面偏移图12-41刀路轨迹

单击“刀路轨迹”前的“+”号，进入刀路轨迹参数的设置，如图12-41所示。

水平加工方式：

环切。

水平区域切削方向：

顺铣。

水平区域刀具方向：

由外向内。

水平步距：

4。

环切：

打开。

其余参数与上等同，设置完参数，即可进行运算，计算所得刀路轨迹如图12-42所示。

图12-42刀路轨迹示意图

5.3.3精加工零件的侧壁

使用“根据层”来加工零件的侧壁，可以根据层里的“层间铣削”来控制加工的区域。

1.零件的选取

轮廓：

1（选取最大外形为零件加工的轮廓，刀具位置：

在轮廓上面；边界偏移：

0）。

零件曲面：

17（所有曲面）。

零件曲面2：

0。

2.刀具和卡头

新建刀具B8的球形刀，不使用卡头。

3.进刀和退刀（如图12-43所示）

轮廓进刀/退刀：

切向。

圆弧半径：

2。

曲面进刀：

切向。

圆弧半径：

2。

4.精度和曲面偏移（入图12-44所示）

零件加工余量：

0。

零件曲面精度：

0.005。

零件2曲面精度：

0.005。

图12-43进刀和退刀图12-44精度和曲面偏移

5.刀路轨迹（如图12-45所示）

Z值最大值：

0。

Z值最小值：

-20.522。

切削深度：

0.3。

拐角铣削：

外部圆角。

切削方向：

顺铣。

开放零件：

外部+岛屿。

方向：

向下。

加工由：

区域。

层间高速连接：

打开。

图12-45刀路轨迹图12-46机床参数

6.机床参数（如图12-46所示）

主轴转速：

2500。

进给（毫米/分钟）：

1500。

7.层间铣削（如图12-47所示）

层间方式：

水平加工。

子选择：

环切。

侧向步长：

0.3。

限制角度：

30。

切削方向：

顺铣。

铣削方向：

由内向外。

交迭由：

长度。

交迭长度：

1。

侧壁加工余量：

0。

显示3D曲线：

关闭。

加工顺序：

仅层。

其它参数参照以前的设置或采用系统默认。

设置完参数，即可进行运算，计算所得刀路轨迹如图12-48所示。

图12-47层间铣削图12-48刀路轨迹图

5.3.4精加工顶面

精加工顶面的刀路参数与精加工侧壁是同一个刀路，只是在参数上有所差异。

1.刀路轨迹

Z值最小值：

-5。

其余参数与上一刀路相同。

2.层间铣削（如图12-49所示）

层间方式：

水平加工。

子选择：

环切。

侧向步长：

0.3。

限制角度：

45。

切削方向：

顺铣。

铣削方向：

由内向外。

交迭由：

长度。

交迭长度：

1。

侧壁加工余量：

0。

显示3D曲线：

关闭。

加工顺序：

仅水平区域。

图12-49层间铣削图12-50加工示意图

在精加工侧壁和精加工顶面时，应尽量采用同一把刀具，这样避免了刀具装卸时产生误差，或两把不同刀具本身存在的问题等。

设置完参数，即可进行运算，计算所得刀路轨迹如图12-50所示。

5.3.5清角加工

清角加工也是用根据层来加工，加工方式与精加工侧壁一样，因为它是加工零件的侧壁和底部的交接处，底部又是平面的，用平底刀可以直接把底部清干净了。

刀路轨迹

Z值最大值：

-16.522（在精加工时所用的刀具的拐角是4mm的，计算清角高度时应该以最低点加上刀具的拐角半径。

）

切削深度：

0.15。

（使用平底刀精加工时，应减少每次下刀量，以保证加工零件表面的光洁。

）

其余参数与精加工侧壁的参数一致，设置完参数，即可进行运算，计算所得刀路轨迹如图12-51所示。

图12-51清角加工示意图

对于完成的加工程序我们可以通过模拟仿真来检验，如图12-52所示为选择所有加工程序进行模拟仿真切削后得到的最后结果。

图12-52模拟仿真最终结果

5.3.6弧形分型面零件加工

以上加工的零件为较为简单的零件，相对来说是没有分型面的（分型面为平面），下面我们加工一个分型面为弧形的凹模，如图12-53所示零件。

零件底角为R6，中间凸起部分的底角为清角，零件顶面为0。

图12-53零件示意图

首先把零件模型输出到加工，在CAM中创建一个刀路，使用“限制盒”建立毛坯。

1）粗加工

单击向导栏中“创建一个程序”的图标

，进入粗加工的程序创建。

主选择：

体积铣。

子选择：

传统加工程序中的环切-3D。

刀具：

T20R4（刀具直径20mm，拐角半径4mm）。

零件轮廓：

最大外形。

零件曲面：

所有曲面。

进刀和退刀

轮廓进刀/退刀：

法向。

进刀：

3。

进刀=退刀：

打开。

进刀和退刀点

进刀点：

自动。

进刀角度：

4。

最小切削宽度：

0。

最大螺旋半径：

8。

钻削Z值/进给起始点：

1。

精度和曲面偏移

零件加工余量：

0.25。

进刀点偏移：

3。

零件曲面精度：

0.01。

零件2曲面精度：

0.01。

刀路轨迹

Z值最大值：

0。

Z值最小值：

-33（设置最低点时可以比零件曲面的最低点还要低）。

切削深度：

0.45。

精铣侧向间距：

关闭。

侧向步长：

11。

拐角铣削：

外部圆角。

切削方向：

顺铣。

铣削方向：

由内向外。

清理行间间隙：

打开。

开放零件：

外部+岛屿。

加工由：

区域。

机床参数

主轴转数：

1500。

进给（毫米/分钟）：

2500。

其余参数按系统默认，设置好参数按“确定”进行计算，计算所得结果如图12-54所示。

图12-54粗加工示意图

2）半精加工

新建一个程序：

主选择为曲面铣；子选择为传统加工-根据层。

刀具：

T10。

零件轮廓：

最大外形。

零件曲面：

63（所有曲面）。

精度和曲面偏移（如图12-55所示）

零件加工余量：

0.22。

零件曲面精度：

0.01。

零件2曲面精度：

0.01。

图12-55精度和曲面偏移图12-56刀路轨迹

刀路轨迹

Z值最大值：

0。

Z值最小值：

-33。

切削深度：

0.35。

拐角铣削：

外部圆角。

切削方向：

混合铣。

开放零件：

外部+岛屿。

方向：

向下。

加工由：

区域。

层间高速连接：

关闭。

机床参数

主轴转数：

2000。

进给（毫米/分钟）：

2500。

其余参数按系统默认，设置好参数按“确定”进行计算，计算所得结果如图12-57所示。

图12-57半精加工示意图

3）精加工分型面

在精加工分型面前要做一些准备工作，我们先切换到CAD模式，把分型面补起来，再取出要加工区域的轮廓，如图12-58所示。

当然也有用零件曲面和检查曲面来控制加工区域，但是我个人认为用零件曲面和检查曲面来控制加工区域，在有些地方的加工会不理想，还有可能产生过切等，虽然补面和取轮廓较为繁杂，但加工时就不会有顾忌。

图12-58补面和取轮廓

新建一个加工程序，主选择为曲面铣；子选择为根据角度精铣。

刀具：

B12（刀具直径12mm的球形刀）。

边界（可选）：

如图12-58所示的红色轮廓。

零件曲面：

所有曲面（如图12-58所示）。

精度和曲面偏移（如图12-59所示）

零件加工余量：

0。

曲面精度：

0.003。

图12-59精度和曲面偏移图12-60刀路轨迹

刀路轨迹

水平区域：

打开。

水平加工方法：

平行切削。

水平区域切削方向：

混合铣。

水平步距：

0.3。

垂直区域：

关闭。

铣削角度：

45。

边界精铣轨迹：

所有周围。

边界轨迹偏移：

优化。

限制角度：

40。

机床参数

主轴转数：

1800。

进给（毫米/分钟）：

2500。

其余参数按系统默认，设置好参数按“确定”进行计算，计算所得结果如图12-61所示。

图12-61精加工分型面加工示意图

4）精加工垂直区域

为了保证精加工时零件与分型面的交接处（型腔口）不产生过切，我们把分型面抬高0.5mm，那样就算过切也没事了，如图12-62所示中的绿色曲面为抬高的分型面。

图12-62抬高的分型面

刀具：

B10球刀。

轮廓：

1（如图12-62所示的型腔外形轮廓）。

零件曲面：

71（所有曲面）。

进刀和退刀（如图12-63所示）

轮廓进刀/退刀：

切向。

圆弧半径：

2。

曲面进刀：

切向。

圆弧半径：

2。

精度和曲面偏移

零件加工