切削方式是指针对工件形状和精度要求，所选择的数控加工刀具轨迹形式和具体的走刀方式，是影响加工效率和质量的重要因素。切削方式是交互式图形编程系统研究的一个重点，各种CAM软件针对加工对象的几何形状特征、刀具特性及加工要求开发了多种切削方式，极大地推动了自动编程系统的发展。目前，大多数的CAM软件都具有2.5轴、3轴及多轴加工方式。
1.2.5轴加工的刀轨形式
一般的交互式图形自动编程软件都具有2D轮廓直接加工功能，可以将各种二维绘图软件生成的二维轮廓图形直接调入CAM系统中，通过相应的指令即可生成数控加工指令。如可将Auto-CAD生成的具有较为复杂图形的DWG图形文件调入CAM系统即可进行快速编程，极大地减少了手工编程时的数值计算。另外，也可以利用三维模型的边界轮廓，通过2.5轴加工中以Z值作为参考高度的限制来实现一些槽形的加工，通过选择带有斜角的平头铣刀还可以实现倾斜壁的加工。
常见的2轴或2.5轴加工的刀轨形式主要有钻孔加工、切槽加工和外形加工。钻孔加工直接以图形上的点图素定义加工点位置，通常支持各种标准钻孔、镗孔及攻螺纹方式，并支持各式控制器的标准循环输出模式，生成如G81～G88等固定循环式。钻孔加工特别适用于大量孔加工的程序编制。切槽加工也可称为口袋加工，属于层铣粗加工的一种。其特点是移除封闭区域里的材料，其定义方式由外轮廓与岛屿组成。切槽加工在实际应用中，主要用于粗加工形状简单、图形特征是二维图形决定的、侧面为直面或者倾斜度一致的工件，如模具的镶块槽等。使用这种方法可以以简单的二维轮廓线直接进行编程，快捷方便。对于二维图素，只要定义加工侧面的角度，就可以球头铣刀、平头铣刀或环形铣刀进行斜面加工的计算，即可生成带锥度槽穴的加工程序。外形加工也称为轮廓加工，生成沿轮廓线的2轴刀路轨迹，属于层铣精加工的一种。它主要用于加工外形或开槽图形特征是二维图形决定的、侧面为直面或者倾斜度一致的工件，支持多层次及多圈次的进给。
2.3轴加工的刀轨形式
目前，3轴加工是交互式图形编程系统最为常用的一项功能，主要针对曲面加工设计的3轴刀轨形式比较多，按其切削的加工特点来分，可以分为等高线切削（层铣）、沿面切削（面铣）、曲线加工（线铣）、补充加工、组合加工等几类。
图1-19 等高线切削
（1）等高线切削 等高线法是适应曲面数控切削的需求而出现的一种加工方式，如图1-19所示。等高线切削是用指定一组等距离的水平面对加工曲面进行切片，得到加工曲面的等高线，补偿后得到刀具轨迹。等高线切削较好地满足曲面切削对刀具轨迹的各项要求，切削载荷均匀一致，轨迹光顺、无干涉点，加工速度快，加工效率高，适合于各类复杂组合曲面以及直壁或者斜度不大的加工。在粗加工时，由于切削力极大，因此使用等高线切削能以控制切削深度的方式，将刀具受力限制在一个范围内，在半精加工或精加工，外形比较陡峭时，通常用等高线切削的方式进行侧面的精加工。通过限定高度值，只作一层切削，等高线切削可用于平面的精加工，以及清角加工。由于等高线切削的切削载荷比较均匀，因此在加工部位较陡、较深的情况下，采用等高线切削的方式来减少较长、较细刀具的受力。
等高线切削功能不仅提供多样化的加工方式，同时允许刀具在整个加工过程中能在均匀的受力状态下实现最快、最好的切削。在许多CAM系统中，等高线切削都具有如下的特性：刀具使用没有限制；能自动探测加工区域，并自动计算出最佳的刀具路径；提供多样化的刀具路径形式；产生刀具受力均匀的加工路径；可在不同的高度区域设定不同的切削深度；充分考虑加工毛坯及成品体的关系；具有公差切削功能；提供多种进、退刀方式等。
（2）沿面铣削 沿面铣削简称为面铣，包括各种按曲面进行铣削的刀轨形式，通常有沿面加工、沿线投影、沿面投影等方式。数控加工刀具轨迹的生成是通过曲面的UV参数线、曲面边界线、平面或曲面截交线等生成刀触点，并根据不同刀具刀位点的算法，生成数控加工刀具轨迹。大多曲面铣削是按一定的方式将一定方式的刀具路径投影到曲面上生成的。不同的软件有不同的称呼方法，但基本原理及定义方法都相似。
1）沿面加工。这种加工方式又称为曲面参数线加工，加工路径将沿着该曲面的UV参数线方向产生刀具路径。加工时，允许选取数个曲面作为参考依据。由于这种加工方式生成的刀具轨迹与曲面生成的UV线相吻合，所以加工出的零件更光滑。也可以对多个曲面进行加工，但要求曲面必须是相接的，而且其参数线方向最好保持一致，以保证产生的刀路轨迹是连续、光滑的。这种加工方式适合于整体连续性较好的曲面，不适合用于曲率变化大，且参数线不明显的曲面，如图1-20所示。
图1-20 沿面加工的刀具轨迹图(www.xing528.com)
2）平行轴向投影加工。这种方法通过平行线、放射线等直接对整个曲面群以刀轴方向将切削线投影在加工表面上，根据采用的加工刀具对形成的刀触点线计算其刀位点线，产生刀具路径。可以定义多个复杂的边界作为加工区域的限制，也提供了多种下刀方式。
3）曲面轮廓加工。它提供封闭的边界线素，系统将以平行边界环绕的方式，对整个加工表面铺上三维间距均等的刀具路径，可以完成等量、等方向的切削。通常应用于整体表面的精修，可应高速加工的需求，得到最有效率的加工路径。由于采用三维等距的刀具路径，故能很好地控制表面的残留高度，以得到较好的表面质量。
4）曲面区域加工。生成在曲面上封闭区域内的刀路轨迹。在指定范围内，刀路轨迹按指定的角度、步距，将加工路径均匀分布于三维模型上，如此可达成等切削量、等切削方向的加工。可用残留高度来控制加工误差，用刀路间距控制刀具路径密度的方法加工零件，其表面粗糙度无论是在平缓处还是在陡斜处，都是一致的。若使用固定步距来加工，则可以取得一致的刀路方向，刀痕比较光顺。
（3）曲线加工 绝大多数的CAM都提供了三维曲线加工功能。曲线加工是生成切削三维曲线的刀路轨迹。在3轴数控加工中，往往将曲线投影到曲面上进行沿投影线的加工。通常应用在生成型腔的沿口以及刻字等。由于曲线加工是直接沿曲线进行插补的，所以其路径长度最短。
（4）补充加工 在曲面的数控加工中，在残留高度及曲面不变的情况下，行间距的大小与刀具半径成正比。因此，为提高切削效率，一般采用较大的刀具来切削曲面，达到增大行间距，减少刀位点数据的效果。但是，采用较大的刀具切削曲面时，会在曲面曲率半径较小内凹区域和曲面相交处，为避免发生过切干涉而留下多余材料形成未加工区域。另外，按照同一加工参数进行加工时，陡峭面或浅平面的加工质量往往很差，表面残留高度远远高出允许值，如图1-21所示。
图1-21 曲面加工中残余的欠切区域
要解决上述加工问题，并提高切削效率有两种方法：①整个曲面加工中选用足够小的满足无过切干涉切削的刀具，利用高速加工的优势来实现。②针对目前广泛采用的普通数控机床提出的，即先采用较大的刀具进行切削加工（忽略干涉区域），然后用较小的刀具进行补充加工，即加工欠切区域。常用的补充加工主要有如下几种方式：
1）清根加工。清根加工可自动检测大刀具铣削后的残余区域，再以小刀具针对局部区域进行后续处理。自动清角刀具路径主要分为三种，即单刀清角、单刀再加以左右补正的多刀清角和参考前一把刀的多刀清角。清根加工的关键是曲面交线刀具轨迹的生成。对于3轴加工，在曲面交线加工刀具轨迹的计算中，其刀轴不受其他临界线或边界约束面的影响，但是对于多轴（主要是指5轴）数控加工的曲面交线加工中，除了以上三个控制面以外，可能还有其他临界线或边界约束面的约束。
2）过渡区域补加工。曲面间过渡补加工区域，则是缘于曲面片之间在拼接处形成的较小夹角，刀具沿零件面加工时与约束表面发生干涉，是曲面与曲面之间的干涉导致刀具加工不到，而留下的欠切区域。一般采用截平面法进行加工，或定义成过渡曲面后，用参数线法进行加工。
3）曲面内凹区域补加工。曲面局部内凹是由于曲面自身在某个局部，由于正的最大主曲率过大，相应的曲率半径小于刀具半径而产生干涉，是曲面自身干涉导致刀具加工不到，而留下的欠切区域。其复杂性主要在于补加工区域边界的识别，一旦补加工区域边界识别出来，那么补加工区域实质就是原曲面经过裁剪后得到的裁剪曲面，可根据常用的平切面法或参数线法生成刀具轨迹。
4）等高线补加工。当零件比较平坦或具有平坦区域时，由于等高加工采用相同的Z深度加工，在浅平面区域，切削路径在平面上的间距较大，往往不能一次完成零件的精加工，常在零件的平坦区域留下较多的加工余量，这些加工余量的平坦区域，称为等高线加工的欠切区域。等高线补加工就是根据等高线加工轨迹和加工曲面的形状，自动确定残余面积过大的区域，实现对欠切区域的补加工。
（5）组合加工 由于同一产品中形状特征的差别很大，同时采用不同的方法加工不同特征时，就会出现一些问题，尤其是不同加工特征之间的刀具轨迹的连接。因此。不少CAM软件充分利用各种刀具轨迹之间互补特性进行组合，使之在一个加工过程中，通过对相应特征参数的设定，实现不同加工特征的同时加工，这样既提高了加工效率，又保证了加工质量。例如，由于环切加工和等高线法加工各自的局限性，只能加工特定斜度的曲面。因此，可以采用对这两种加工方法进行整合的优化方法，在刀具轨迹生成时，计算加工曲面的刀轴倾角以及相应的曲率，并对比走刀轨迹之间的残留高度，以残留高度作为刀具轨迹行距的计算对象，以加工曲面的斜度和曲率对刀具切削行距进行相应的调整，刀具路径既不是以固定的数值沿Z向进给，也不是沿固定的间距以螺旋线的方式展开，而是以空间螺旋线的方式包络加工曲面，其行距的确定是以恒定的残留高度，结合曲面切削点的斜率及曲率得到变化的行距。
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