夏亚涛

（商丘职业技术学院， 河南 商丘 476000）

引言

中望3D 软件是一款三维CAD/CAM一体化的软件，可以满足企业从产品研发到制造加工的一体化流程，实现设计到加工的无缝对接。中望3D 具备了基本的两轴车削功能，主要包含粗加工、精加工、螺纹加工、槽加工、端面加工、钻削加工、切断加工7 种主要的CAM加工方式；具有40 多种铣削加工策略可供选择，支持高速加工策略Volumill，轻松应对各种加工制造需求，实现高效加工；无论是Nurbs 还是STL 的几何数据，均可生成所需的各种刀轨，包含倒扣刀轨。中望3D 提供了仿真功能，包含线框仿真与实体仿真，可以通过线框仿真查看刀具的运动轨迹；还提供了强大的后置处理功能，帮助人们快速进行自动编程[1-5]。

本文针对同一个模型零件分别采取不同策略加工，通过最终实体仿真模型的对比，分析各种策略的使用方式和适用场合。

1 精加工策略

1.1 平行铣削

平行铣削在快速铣削工序中属于爬面加工，既可以用于开粗平面，也可以用于精加工曲面。其工序是由步长参数控制的平行铣削工艺，它用于清除明确定义的粗加工坯料或者剩余的精加工余量，其加工过程为先计算刀具轨迹，然后投影到CAM组件几何体。

本文加工模型如图1 所示，毛坯为精磨过的毛坯，如图2 所示。在对图1 零件使用平行铣削精加工策略时，首先要载入该几何体，其次根据实际情况设置合适的毛坯大小，第三步要设置加工坐标系和加工安全高度，接着选择合适的粗加工工序进行开粗（例如选择二维偏移粗加工工序），通过设置刀具、特征和系统参数完成粗加工。

图1 平行铣削加工模型

图2 精磨过的毛坯

在完成上述粗加工后，选择平行铣削工序进行精加工。第一步需要设置加工特征，一般情况选择几何体本身作为加工特征，通过选取加工区域轮廓作为加工范围限制完成特征创建。第二步选取合适的加工刀具进行精加工，一般加工曲面选择球头刀。第三步根据加工曲面设置加工参数，并完成计算，生成刀路。基于该策略本身加工特点可以发现，其只适合于加工较平缓的曲面，而对于陡峭的斜面或者曲面，其生成的刀路相对稀疏，如图3 所示。

图3 平行铣削加工陡峭斜面

1.2 三维偏移铣削

三维偏移铣削又称为三轴螺旋铣削，是一个区域清理技术，用许多封闭边界来围合铣削运动的方法来铣削修剪曲面或实体。该策略可在各深度或朝向零件边界或远离零件边界行进加工。三维偏移铣削工序可用于以下场合：靠近斜面处需要平滑与连续的刀轨、在未铣削或不能铣削处的铣削，或将零件作为整体铣削时。这是一个设计用于实现整个刀具轨迹达成相同刀痕状态的精铣加工。

以图1 为例进行三维偏移铣削加工，第一步选择加工特征，点击“三维偏移铣削”，直接选择零件为加工特征。在其他的加工软件中，有些软件需要把曲面、线条等特征缝合成实体才能进行加工，而中望3D 支持的加工特征既包括实体，也包括曲面和线条，无须专门缝合成实体再进行加工，这就大大简化了CAM的工作程序，提升了整体工作效率。第二步选择加工刀具，点击中望3D 的刀具库，选择“R3”的球刀，也可以手动输入刀具名称和规格尺寸。此外，工程师还可以把一些特殊或者企业专用的刀具添加到中望3D的刀具库中，方便以后调用。第三步设置加工参数，设置刀轨公差、刀轨间距和设置限制类型等，其余使用默认值即可，完成刀路计算，如图4 所示。

图4 三维偏移铣削刀路

1.3 等高线铣削

等高线铣削是按照等高线一层一层地移除加工区域的材料。等高线铣削是高速加工最常用的加工方法，通常用来加工侧面。等高线铣削具有加工质量高、铣削效率高、加工能耗低等优点，广泛地应用于高速加工中。在中望3D 软件中，等高线铣削的操作流程如下，第一步插入工序，根据加工零件的形状选择“插入工序”，在工序类型中的“快速铣削”选项卡面板中选择“等高线铣削”工序。第二步添加特征和选择刀具，双击“等高线铣削”工序，在主要参数中添加零件为特征和选择D6R0.5 的圆鼻刀具。第三步设置限制参数、公差、步距和刀轨等参数，并完成计算，生成刀路，如图5 所示。

图5 等高线铣削

1.4 角度限制铣削

角度限制铣削工序组合了多种快速铣削工序来分别加工平坦区域和陡峭区域，这将改进加工效率和曲面的光滑度。其可以控制只加工平坦区域或陡峭区域，或者两者都加工。角度限制铣削具体操作流程如下：第一步，快速插入“角度限制”工序，通过查询工具栏中的测量和检查实体命令，为下一步确定刀具大小作准备。第二步，在工序特征中加入零件，并选择轮廓加工范围，通过刀库或者自定义D6R0.5 的圆鼻刀具。第三步，双击“角度限制”进行参数设置，在“主要参数”里面，设置加工余量及平坦区域、陡峭区域的加工方式，设置平坦区域及陡峭区域的铣削步距。在整个圆角加工过程中，最好的方式是陡峭区域走等高线、平坦区域走平行铣削的方式，并且在两者边界区域可以设置重叠区域，这样才能达到最优化的加工光洁度，如图6 所示。

图6 陡峭区域走等高线、平坦区域走平行铣削方式

2 对比分析

以上四种策略是中望3D 常用的精加工方式，通过实际刀路观察和仿真加工后公差带分析，平行铣削和三维偏移铣削这两种加工方式非常类似，只是它们的走刀路径不太一样，平行铣削默认为Z 字形走刀，而三维偏移铣削则是螺旋状走刀，根据其走刀路径特点，在加工的特征为长条状零件时可以选择平行铣削，而在加工回转面或近似圆面时可以选择三维偏移铣削，以减少跳刀。平行铣削和三维偏移铣削的另外一个显著特点是非常适合平缓曲面加工，而针对陡峭面，其加工精度不如等高线铣削顺滑，而等高线铣削基本不具备针对平缓面加工的能力。角度限制铣削则很好地解决了同时加工平坦区域和陡峭区域的问题，这种方式虽然方便但也有缺点，如只能使用一把刀进行两种区域的加工。通过日常加工发现，球刀加工曲面精度较高，而在加工陡峭面和平坦面过渡时很容易产生过切或者漏切问题。

3 结语

本文对平行铣削、三维偏移铣削、等高线铣削和角度限制铣削四种精加工工艺进行同一零件的实例加工，通过对生成的刀路和仿真面片的对比分析，发现不同精加工路线之间适用场合略有区别。该研究可为后续CAM编程选择精加工方式提供一定的参考。