零件粗加工方法与技巧详解

一、3D任意毛坯粗加工刀路的设置

1.建立工单列表

打开文件“第四章\3D加工案例1.hmc”，采用【项目助手】功能，将工单列表名称改成：3D粗加工案例1，然后选择合适的后置处理器，其他参数可默认，快速建立工单列表。如果新建的工单列表前有“！”，如图4-2所示，表示在其定义中有警告信息，可以双击它进行信息查看，点击【编辑】进行修改。

图4-2　编辑工单列表

上图4-2中出现的问题是工单列表中材料信息定义出现了问题，我们点击【编辑】按钮，按图4-3所示，修改其材料信息。

2.开始设置粗加工参数

选择【3D任意毛坯粗加工】，开始设置粗加工参数。

3.设置刀具选项卡

如图4-4所示，设置【刀具】选项卡，从刀库中或新建选用一把直径为25，角落半径为2的圆鼻刀，并设置好工艺参数。

图4-3　工单列表

图4-4　刀具选项卡

刀具选项卡中参数介绍

考虑圆角半径：

功能未启用：在使用圆鼻铣刀进行操作时，可能会残留材料脊纹，如图4-4（a）所示，这是因为在计算进给距离时只考虑总的刀具直径。

功能启用后：进给距离基于刀具的内杆（=刀杆直径-2×圆角半径），从而避免材料脊纹，如图4-5（b）所示。

图4-5　考虑圆角半径

4.设置策略选项卡

如图4-6所示，设置【策略】选项卡，【加工优先顺序】选用【型腔】，【平面模式】设置为【优化】，【切削模式】设置为【顺铣】。为了避免切削力过大，对刀具造成损害，再勾选【在满到切削期间减低进给率】选项。

图4-6　策略选项卡

策略选项卡中参数介绍

（1）轮廓平行： 以平行于轮廓的方向进行加工，水平步距进刀垂直于加工方向。加工方向取决于选定的切削模式（顺铣/逆铣）。

（2）从内向外：毛坯清除操作沿平行于轮廓的方向由内向外进行，如图4-7（a）所示。

（3）快速切入：边界的冗余路径以快速走刀方式完成，该选项会导致边界处的刀路进退刀次数较多。如图4-7（b）所示。

（4）优化：特别是在更复杂的模型方面，该选项会进行退刀运动的优化，并避免不必要的铣削运动。加工沿轮廓从外向内进行，如图4-7（c）所示。

图4-7　平面模式

5.设置参数选项卡

如图4-8所示，设置【参数选项】。

图4-8　参数选项卡

参数选项卡中参数介绍

（1）余量： 如果没有启用平面层检测功能，该余量只适于最后加工平面的 X 轴和 Y 轴向，并不适于Z轴向。如果启用平面层检测功能，该毛坯余量也适于 Z 轴向。

（2）附加 XY 余量： 利用该额外水平毛坯余量，可用不同的毛坯余量，对加工区域顶壁及底壁进行加工。

（3）最大步距高度：如图4-9所示，如果可以提供较大的轴向进给，此外还可实现持续的余量，则启用此选项。执行初始的向下垂直步距①。然后根据所定义的最大步距高度②，从底部至顶部去除倾斜侧壁上的残余材料。最大步距高度参数的有效值必须大于或等于垂直步距。实际步距高度可能不同于最大步距高度。此策略特别适合高性能地加工斜壁和平坦过渡区域。

举例如图4-9所示：垂直步距= 7，最大步距高度= 2，7：2=3.5，向上取整=4，7：4=1.75=实际步距高度。在实际切削时，刀具先下7mm，进行切削，切削完后，再提刀1.5mm再切一层，一层一层地往上切削。

（4）检测平面层：

关闭：无论工件的加工曲面是哪个，都以所定义的垂直步距加工每个粗加工层级，如图4-10（a）所示。

自动：如果所定义的垂直步距大于工件两个曲面之间的距离，系统将自动插入中间级别，同时绕整个工件周长的平面曲面一个较小的垂直步距，如图4-10（b）所示。最小进给：0.25毫米/0.01 英制。

优化加工操作中有两种方法可供使用：

优化-全部：首先，对加工区域进行常量进给率粗加工。紧接下来，XY轴平行曲面上残余材料残留下的、自动生成的粗加工孔型被清除，如图4-11（a）所示。

优化-仅平面：只是对边界内平行 于XY 轴的平面进行加工。

图4-9　垂直步距

在此模式中系统不能分辨位于同一水平的平面是顶部还是底部，如图4-11（b）所示。因此应加大/减小“顶部/底部”设定值。

图4-10　检测平面层1

图4-11　检测平面层2

（5）附加水平偏置因子：刀具行为可通过指定额外水平偏置因子来调整（建议值 0.1~0.5）。这将产生更好的结果，特别当要用更大的刀具加工更小的平面曲面时。

以粗加工程度在单次等距切削之间实现平滑、伸展的优化进给，如图4-12中的①所示，可减少刀具磨损和损坏，从而确保更顺畅的机床运动。斜线形状链接的长度如图4-12中的②所示，取决于刀具半径如图4-11中的（a）所示，而后者会自动乘以一个系数。如果无法插入斜线形状的链接，则创建直接链接，和/或在选中本选项时执行内倒圆角。

图4-12　水平偏置因子

（6）附加参数：

最小毛坯（去除量）：这是毛坯和模型之间的最小材料宽度，以去除材料。如果材料宽度少于所定义的值，材料就无法去除。如果值大于0，碰撞避免将自动开启，以确保刀具继续对照被追踪的毛坯得到监测。

关于计算最少去除量的推荐事项：毛坯公差+加工公差+理想的最少去除量=最小毛坯去除量。如果启用最小毛坯去除量功能，垂直步距值最多可超过 25%。

精加工全部加工层面：如果开启该选项，刀具会沿着整个定义好的轮廓移动，即使不清除材料。如果仍有一些残余材料，将会首先去除，然后才穿越回程路径。如果在两个加工回合之前，有对余量稍作更改，您应始终开启此选项。

图4-13　设置选项卡

6.设置设置选项卡

如图4-13所示，【设置】选项卡，选择毛坯模型，勾选【产生结果毛坯】选项和【检查打开】选项。

设置选项卡中参数介绍

（1）多重余量：如果铣削区域包括不同余量的群组，如果此功能已启用，会在加工过程中考虑到这些余量。

（2）附加曲面： 可防止不必要快速移动走刀运动的暂时安全曲面。

（3）产生结果毛坯：创建用于后续加工任务的毛坯模型。

（4）倒扣裁剪：在多轴毛坯分度过程中，避免在倒扣区域中出现不必要的空路径。

（5）检查打开： 如果想为刀具进行碰撞检查，须始终开启这一选项。如果刀具检查没有开启，所用刀具将在图形窗口中显示为红色。检查启动后，所定义的余量将被用来检查针对刀具定义的所有元件。建议从主轴方向上的加强刀杆开始设置不断变大的安全间隙。(www.xing528.com)

（6）刀具检查设置：刀具检查设定在对话框中指明。

（7）计算刀具长度：如果定义刀柄、延伸部分或主轴，则提供【减少】和【延伸】选项。【减少】选项只有在所有的5X加工策略中提供在hyperMILL软件中，用“5X”表示“5轴”。

延伸：如图4-14中的①所示，如果出现刀具延伸部分，刀柄或主轴碰撞，hyperMILL 将根据为刀具定义的刀具延伸长度，计算出更大的刀具延伸长度。因此，对最大的刀具延伸长度没有限制，只要忽略真实刀具的最大可延伸长度即可。如果所选刀具在不同长度都有提供（如短、长、特长），且长度计算尚未确定合适的真实刀具用于组装，则这是首选选项。在此情况下，该刀具只不过是一个几何图形的描述，而且刀杆长度无限。

减少：如图4-14中的②所示，HyperMILL 会根据为刀具定义的延伸长度，计算最短的无碰撞刀具延伸长度。如果您只想计算同时适用于组装工作中所选刀具的刀具长度，则这是首选选项。在此组装中，必须将最大刀具延伸空隙选为刀具延伸空隙。

（8）显示计算出的刀具长度：如果同一刀具用于多个作业，则显示hyperMILL 计算的刀具长度。在这种情况下，创建刀具路径文件后，在浏览器中选择刀具，并在快捷菜单中选择用途。

（9）由于未定义撞碰检查。以下情况下，可能会发生无法解决的碰撞：

①5X加工时，因为刀具定向改变而无法避免碰撞。

②在3D加工中，无法通过延伸刀具解决涉及刀具延伸部分、刀柄和/或主轴的碰撞，也无法解决使用加强刀杆时发生的碰撞。

如果碰撞无法通过改变刀具方向（5X）或计算刀具长度来避免，可选择以下加工策略：

停止：出现碰撞时，刀具路径计算停止（适用于所有的加工策略）。

图4-14　延伸/减少

分割：将对刀具路径进行全面计算。只输出轨迹中的无碰撞区域。借助用另一个刀具和/或另一个刀具倾斜度进行再加工，可对碰撞区域的刀具轨迹进行追踪和碰撞检查（适用于所有的 3D 加工策略）。针对修分割选项计算刀具路径后，将用作3D再加工循环的基础。撞碰避让：在此选项下，需要避免碰撞的刀具将会侧移，以便尽可能深地以最陡峭的角度加工材料。

（10）NC 参数：加工公差：输入要求的公差。该数值定义了刀具路径生成计算时采用的准确度。

执行之前停止：刀具路径中的停止标记导致刀具停止移动。除了启用该功能外，相应的命令也必须在仿真程序的 hyperVIEW 机床属性对话（程序停止选项卡）中输入，以使刀具停止运动。

（11）使用最小 G0 距离：链接细小曲面缝隙（缝隙＜刀具半径）。穿过嵌套小边界。消除微小的快速运动保护加工斜线不受过应力的影响。

（12）最小 G0 距离 ：两个加工区域之间的距离，在该距离内按加工进给率（G1）横向接近曲面而不会出现刀具接触，如图4-15中①所示。一旦其间隙大于规定的最大间隙距离，系统将按照“加工参数”菜单中与退刀模式相关的设置退刀至安全间隙或安全平面，接下来再快速进给到下一个曲面。

图4-15　最小G0距离

7.生成粗加工路径，仿真结果

默认其他选项卡中的参数设置，点击【计算】图标，生成粗加工刀具路径，仿真结果如图4-16所示。

二、二次开粗——3D优化粗加工刀路设置

1.选择3D优化粗加工策略

选择【3D优化粗加工】，开始设置二次粗加工参数。

2.设置刀具选项卡

如图4-17所示，设置【刀具】选项卡，从刀库中或新建选用一把直径为12，角落半径为1的圆鼻刀，并设置好工艺参数。

3.设置策略选项卡

如图4-18所示，设置好【策略】选项卡，选择【残料粗加工】选项，再勾选【在满刀切削期间减低进给率】选项。

图4-16　零件粗加工仿真结果

图4-17　刀具选项卡

图4-18　策略选项卡

策略选项卡中参数介绍

1）加工模式

粗加工：在粗加工模式中，针对矩形和圆形型腔这样的标准型腔形状计算刀具路径。将会考虑模型几何形状和毛坯模型几何形状，以计算高效刀具路径并减少方向变化（“高速切削”）。

残料粗加工：在残料粗加工模式中，基于所生成的“结果毛坯”，加工剩余的残余材料区域。

2）自适应型腔

根据工件的形状，如图4-19所示的矩形型腔、带圆角的矩形型腔、圆形型腔或圆形环状型腔这些型腔形状将会调节到现有工件几何形状，以计算刀具路径。

图4-19　自适应型腔

使用自适应型腔：为工件的优化完全加工而启用该选项。如图4-20（a）所示，首先加工自适应型腔区域。然后进行剩余各区域的轮廓平行加工，留下极少的残余材料。

图4-20　自适应型腔方式

如果使用自适应型腔选项激活，则以下各项适用：

（1）将要加工的每个型腔放入一个最大的自适应型腔。

（2）如果可以从侧面进刀，最好从侧面进刀。

这种方式尤其适合加工带高比例自适应型腔的零件。

仅自适应型腔：如图4-20（b）所示，将仅在自适应型腔区域中执行优化的粗加工。识别出的型腔形状之外的区域不会被加工。这些可以在以后的操作中使用不同的工具（类型）加工。如果仅自适应型腔选项已激活，则对所有刀具路径作修圆角处理功能默认激活（并且无法停用）。

3）满刀切削最大垂直步距

通过满刀切削最大垂直步距参数，定义满刀切削刀具的最大允许垂直步距。如果此步距小于垂直步距，则在几个平面执行满刀切削。

4.设置参数选项卡

如图4-21所示，设置好【参数】选项卡。

图4-21　参数选项卡

参数选项卡中参数介绍

1）毛坯去除公差

附加切片厚度①/附加切片深度②：刀具可在XY或Z方向损坏毛坯模型的值，如图4-22所示。

2）检测平面层

如果所定义的垂直步距大于工件中两个曲面之间的距离，使用自动选项，会插入中间步距，同时赋予整个工件的平面曲面一个较小的垂直步距。

图4-22　毛坯去除公差

5.设置设置选项卡

如图4-23所示，设置好【设置】选项卡。

6.计算刀路，生成仿真

点击【计算】图标完成刀路生成，仿真加工结果如图4-24所示。

图4-23　设置选项卡

图4-24　残料开粗仿真结果