曲面粗加工技巧详解

1.平行式粗加工

选择“刀具路径（Toolpaths）”→“曲面粗加工（Surface Rough）”→“粗加工平行铣削加工（Rough Parallel Toolpath）”命令，可打开平行式粗加工模组。该模组可用于生成平行粗加工切削的刀具路径。使用该模组生成刀具路径时，除了要设置曲面加工共有的刀具参数和曲面参数外，还要设置一组平行式粗加工模组特有的参数。可通过“曲面粗加工平行铣削（Surface Rough Parallel）”对话框中的“粗加工平行铣削参数（Rough Parallel Parameters）”选项卡进行设置，如图7-11所示。

图7-11　“粗加工平行铣削参数”选项卡

1）构建一个平行式粗加工刀具路径的操作步骤

其他曲面加工的刀具路径的构建步骤与此类似。

（1）选择菜单“刀具路径（Toolpaths）”→“曲面粗加工（Surface Rough）”→“粗加工平行铣削加工（Rough Parallel Toolpath）”命令。

（2）打开“选取工件的形状”对话框，如图7-12所示。选择凸形（Boss）、凹形（Cavity）或未定义（Undefined）零件形状。

图7-12　“选取工件的形状”对话框

（3）在图形区出现提示“选取加工曲面（Select Drive Surfaces）”，提示选择图形。选择曲面或实体，按Esc键。

（4）系统打开串连对话框，进行串连。

（5）打开“曲面粗加工平行铣削（Surface Rough Parallel）”对话框并进行设置，单击“确定”后，系统添加刀具路径到操作管理器中。

2）最大步距值

“最大切削间距（Max.stepover）”文本框用来设置两个相邻切削路径层间的最大距离。该值必须小于刀具的直径，主要根据刀具强度和材料硬度确定该值。这个值设置得越大，生成的刀具路径数目越少，加工结果越粗糙；设置得越小，生成的刀具路径数目越多，加工结果越平滑，但生成刀具路径需要的时间较长。单击该按钮可打开“最大切削间距”对话框，如图7-13所示。

“最大切削间距（Maximum stepover）”：该参数显示与上面的最大步距参数相同，若用户编辑该值，是在一块平坦曲面上的近似凹坑，并在近似凹坑高度45°处自动修正。

“残脊在平坦区域的大概高度（Approx.scallop on flat floor）”：该参数用于设置刀具路径在一平坦曲面的一个凹坑的高度，若用户编辑该值，最大步距和近似凹坑高度在45°处将自动修正。

“残脊在45度斜面的大概高度（Approx.scallop at 45 degrees）”：该参数用于设置刀具路径的45°壁的一个凹坑的高度，若用户编辑该值，最大步距和近似凹坑高度在45°处将自动修正。

3）刀具路径误差

“整体误差（Total tolerance）”文本框用于设置刀具路径与几何模型的精度误差。误差值设置得越小，加工得到的曲面精度就越高，但所需计算时间较长，为了提高加工速度，在粗加工中其值可稍大一些。单击该按钮打开“整体误差设置”对话框，在其中可对刀具路径误差进行具体的设置，如图7-14所示。

图7-13　“最大切削间距”对话框

图7-14　“整体误差设置”对话框

4）刀具切削方式

“切削方式（Cutting method）”下拉列表框用于设置刀具在X、Y方向的走刀方式，如图7-15所示。

双向（ZigZag）：当选择双向走刀方式时，在加工时刀具可以往复切削曲面。

图7-15　“切削方式”下拉列表框

单向（One way）：当选择单向走刀方式时，在加工时刀具只能沿一个方向进行切削。

5）加工角度

“加工角度（Machining angle）”文本框用于设置加工角度，加工角度是指刀具路径与X轴的夹角。定位方向为：0°为+X，90°为+Y，180°为-X，270°为-Y，360°为+X。

6）切削深度

单击“D切削深度（Cut Depths）”按钮，打开“切削深度的设定”对话框，如图7-16所示，在该对话框中设置粗加工的切削深度，可以选择绝对坐标（Absolute）或增量坐标（Incremental）方式来设置切削深度。

图7-16　“切削深度的设定”对话框

选择绝对坐标方式时，选择以下两个参数之一。

“最高的位置（Minimum depth）”：在切削工件时，允许工件上升的最高点。

“最低的位置（Maximum depth）”：在切削工件时，允许工件下降的最低点。

选择增量坐标时，设置以下参数，系统会自动计算出刀具路径的最小和最大深度。

“第一刀的相对位置（Adjustment to top cut）”：设置刀具的最低点与顶部切削边界的距离。

“其他深度的预留量（Adjustment to other cuts）”：设置刀具深度与其他切削边界距离。

7）刀具路径起点

当选中“定义下刀点（Prompt for starting point）”复选框时，在设置完各个参数后，需要指定刀具路径的起始点，系统将选择最近的工件角点为刀具路径的起始点。

单击“G间隙设置（Gap settings）”按钮，打开对话框如图7-17所示，该对话框用于设置刀具在不同间距的运动方式。

“容许的间隙（Gap size）”：用于设置允许间距。

“位移小于容许间隙时，不提刀（Motion＜Gap）”：用于设置当移动量小于设置允许间距时刀具的移动方式。

“位移大于容许间隙时，提刀至安全高度（Motion＞Gap）”：用于设置当移动量大于设置允许间距时刀具的移动方式。

“切弧的半径（Tangential arc radius）”：用于输入在边界处刀具路径延伸切弧的半径。

“切弧的扫描角度（Tangential arc angle）”：用于输入在边界处刀具路径延伸切弧的角度。

8）边界设置

单击“E高级设置（Advanced settings）”按钮，打开对话框，如图7-18所示。该对话框用于设置刀具在曲面或实体边缘处的加工方式。

图7-17　“刀具路径的间隙设置”对话框

图7-18　“高级设置”对话框

“刀具在曲面（实体面）的边缘走圆角（At surface（solid face）edge，Roll tool）”：用于选择刀具在边缘处加工圆角的方式。

“尖角部分的误差（在曲面/实体面的边缘）（Sharp corner tolerance（at surface/face）edge）”：用于设置刀具圆角移动的误差。

利用平行式粗加工方式加工的刀具路径和仿真加工图形如图7-19所示。

图7-19　平行式粗加工的刀具路径和仿真加工

（a）刀具路径图形；（b）仿真加工图形

2.放射式粗加工

选择菜单“刀具路径（Toolpaths）”→“曲面粗加工（Surface Rough）”→“粗加工放射状加工（Rough Radial Toolpath）”命令，可打开放射式粗加工模组。该模组可用于生成放射式粗加工切削刀具路径。

选择“放射状粗加工参数（Rough Radial Parameters）”选项卡，如图7-20所示，有些参数与平行式粗加工选项卡的相同，其他的参数用于设置放射式刀具路径的形式。

图7-20　“放射状粗加工参数”选项卡

“曲面粗加工放射状”对话框中的“放射状粗加工参数”选项卡的选项如下。

（1）“起始角度（Start angle）”：用于设置放射式粗加工的起始角，直接输入即可。

（2）“扫描角度（Sweep angle）”：用于设置放射式粗加工刀具路径摆动的角度（0°～360°），如果该值是一个负数，系统将构建一个顺时针的摆动角。

（3）“最大角度增量（Max.Angle increment）”：用于设置放射式粗加工刀具路径中心的各个路径之间的最大角度。

（4）“起始补正距（Start distance）”：用于从用户选择的点补正放射式粗加工刀具路径的中心，若用户输入一个起始的补正值，系统会提示用户在处理刀具路径前需要选取一点。

（5）“起始点（Starting point）”：用于设置刀具路径的起始点以及路径方向。

“由内而外（Start inside）”：刀具路径从下刀点向外切削。

“由外而内（Start outside）”：刀具路径从下刀点的外围边界开始向内切削。

起始角度、扫描角度和偏移距离可直接进行设置，起始中心点位置要在所有参数设置完成后在绘图区进行选择。

利用放射式粗加工方式加工的刀具路径和仿真加工图形如图7-21所示。

图7-21　放射式粗加工的刀具路径和仿真加工

（a）刀具路径图形；（b）仿真加工图形

3.投影式粗加工

选择菜单“刀具路径（Toolpaths）”→“曲面粗加工（Surface Rough）”→“粗加工投影加工（Rough Project Toolpath）”命令，可打开投影粗加工模组。

该模组可将已有的刀具路径或几何图像投影到曲面上生成粗加工刀具路径。可以通过“投影粗加工参数（Rough Project Parameters）”选项卡设置该模组的参数，如图7-22所示。

图7-22　“投影粗加工参数”选项卡

（1）“投影方式（Projection type）”：该选项组的参数用于设置需要指定用于投影的对象。可用于投影的对象包括如下内容。

“NCI”：选择已有的NCI文件进行投影，需要在“原始操作（Source Operation）”列表框中选择NCI文件。(www.xing528.com)

“曲线（Curves）”：选择已有的曲线进行投影，在关闭该对话框后还要选择用于投影的一组曲线。

“点（Points）”：选择已有的点进行投影，在关闭该对话框后还要选择用于投影的一组点。

（2）“D切削深度（Cut depths）”：该选项用于从已选择的文档中获得深度，并应用于刀具路径。选择一个NCI文件进行投影后，该选项才可用。

利用投影式粗加工方式加工的刀具路径和仿真加工图形如图7-23所示。

图7-23　投影式粗加工的刀具路径和仿真加工

（a）刀具路径图形；（b）仿真加工图形

4.流线粗加工

选择菜单“刀具路径（Toolpaths）”→“曲面粗加工（Surface Rough）”→“粗加工流线加工（Rough Flowline Toolpath）”命令，可打开流线粗加工模组。该模组可以沿曲面流线方向生成粗加工刀具路径。可通过“曲面流线粗加工参数（Rough flowline Parameters）”选项卡来设置该模组的参数，如图7-24所示。

图7-24　“曲面流线粗加工参数”选项卡

对该选项卡中的参数进行设置与前面模组的设置所不同的是进刀量的设置方法。1）“切削方向的控制（Cut control）”

“距离（Distance）”：选中该复选框后，可以直接指定进刀量。

“整体误差（Total tolerance settings）”：可以通过设置刀具路径与曲面的误差来计算出进刀量，即在该文本框中指定误差值。单击该按钮打开如图7-25所示的对话框，可进行误差值的详细设置。

2）“截断方向的控制（Stepover control）”

“距离（Distance）”：选中该选项并指定进刀量，直接进行设置。

“残脊高度（Scallop height）”：选中该选项并指定残留高度，此时设置残留高度由系统计算出进刀量。

在设置“截断方向的控制（Stepover control）”选项组时，当曲面的曲率半径大或加工精度要求不高时，可使用固定进刀量；当曲面的曲率半径较小或加工精度要求较高时，应采用设置残留高度方式来设定进刀量。

3）Flowline对话框

在完成了所有参数的设置后单击“确定”按钮，系统打开“曲面流线设置（Flowline Geometry）”对话框，如图7-26所示。在绘图区显示出刀具偏移方向、切削方向、每一层中刀具路径的移动方向及刀具路径的起点等。

图7-25　“整体误差设置”对话框

图7-26　“曲面流线设置”对话框

“补正方向（Offset）”：该选项用于切换曲面法向和曲面反法向之间的刀具路径补正，如图7-27所示。

图7-27　更改补正方向的效果

（a）与曲面法向同方向；（b）与曲面法向反方向

“切削方向（Cut Direction）”：在纵向和横向之间改变刀具路径，如图7-28所示。

图7-28　更改切削方向的效果

“步进方向（Step Direction）”：更改每层刀具路径移动的方向，如图7-29所示，注意步进箭头的变化。

图7-29　更改步进方向的效果

“起点位置（Start）”：更改刀具路径的起点，如图7-30所示，注意起点位置箭头的变化。

图7-30　更改起点位置的效果

利用流线粗加工方式加工的刀具路径和仿真加工图形如图7-31所示。

图7-31　流线式粗加工的刀具路径和仿真加工

（a）刀具路径图形；（b）仿真加工图形

5.等高线式粗加工

选择“刀具路径（Toolpaths）”→“曲面粗加工（Surface Rough）”→“粗加工等高外形加工（Rough Contour Toolpath）”命令，可打开等高粗加工模组。该模组可以在同一Z值高度执行多次切削操作，沿曲面生成加工路径。可通过“等高外形粗加工参数（Rough contour Parameters）”选项卡设置该模组的参数，如图7-32所示。

图7-32　“等高外形粗加工参数”选项卡

（1）“封闭式轮廓的方向（Direction of closed contours）”：该选项组用于封闭外形加工，其铣削方式可设置为顺铣（Conventional）或逆铣（Climb），从中选取一种方法即可。

（2）“开放式轮廓的方向（Direction of open contours）”：该选项组用于开放曲面外形加工，其铣削方式可设置为单向切削（One way）或双向切削（ZigZag）。

（3）“两区段间的路径过渡方式（Transition）”：当移动量小于允许的间隙时，可根据实际情况从4个选项中选择一种方法。

（4）“S浅平面加工（Shallow）”：单击该按钮，打开如图7-33所示的“浅平面加工设置（Contour Shallow）”对话框，可在等高外形加工中增加或减少浅平面区域（狭窄区）的刀具路径，以改善浅平面区域的加工质量。

图7-33　“浅平面加工设置”对话框

利用等高线式粗加工方式加工的刀具路径和仿真加工图形如图7-34所示。

图7-34　等高线式粗加工的刀具路径和仿真加工

（a）刀具路径图形；（b）仿真加工图形

6.残料粗加工

选择“刀具路径（Toolpaths）”→“曲面粗加工（Surface Rough）”→“粗加工残料加工（Rough Restmill Toolpath）”命令，可打开残料粗加工模组。该模组参数的设置方法与等高线式粗加工类似，可以通过“残料粗加工参数（Restmill Parameters）”选项卡及“剩余材料参数（Restmaterial Parameters）”选项卡来设置该模组的参数，如图7-35和图7-36所示。

利用残料粗加工方式加工的刀具路径和仿真加工图形如图7-37所示。

图7-35　“残料粗加工参数”选项卡

图7-36　“剩余材料参数”选项卡

图7-37　残料粗加工的刀具路径和仿真加工

（a）刀具路径图形；（b）仿真加工图形

7.挖槽粗加工

选择菜单“刀具路径（Toolpaths）”→“曲面粗加工（Surface Rough）”→“粗加工挖槽加工（Rough Pocket Toolpath）”命令，可打开挖槽粗加工模组。该模组通过切削所有位于凹槽边界的材料而生成粗加工刀具路径。可以通过“粗加工参数（Rough Parameters）”选项卡和“挖槽参数（Pocket Parameters）”选项卡来设置该模组的参数，如图7-38和图7-39所示。

图7-38　“粗加工参数”选项卡

图7-39　“挖槽参数”选项卡

挖槽粗加工模组的参数与二维挖槽模组及本章介绍的有关参数设置方法基本相同，可参考前面介绍的方法进行设置。

“由切削范围外下刀（Plunge outside containment boundary）”：该选项允许下刀点的位置在刀具中心边界的外面。

利用挖槽粗加工方式加工的刀具路径和仿真加工图形如图7-40所示。

图7-40　挖槽粗加工的刀具路径和仿真加工

（a）刀具路径图形；（b）仿真加工图形

8.钻削式下刀粗加工

选择菜单“刀具路径（Toolpaths）”→“曲面粗加工（Surface Rough）”→“粗加工钻削式加工（Rough Plunge Toolpath）”命令，可打开钻削式下刀粗加工模组。该模组可以用于按曲面外形在Z轴方向生成垂直进刀粗加工刀具路径，产生的刀具路径类似一个快速钻削。可以通过“钻削式粗加工参数（Rough Plunge Parameters）”选项卡来设置该模组的参数，如图7-41所示。

图7-41　“钻削式粗加工参数”选项卡

该选项卡只有“整体误差”（切削误差）“最大Z轴进给”（最大行进刀量）和“最大步进量”（最大层进刀量）3个参数，其含义和设置方法与前面介绍的相同。

利用钻削式粗加工方式加工的刀具路径和仿真加工图形如图7-42所示。

图7-42　钻削式粗加工的刀具路径和仿真加工

（a）刀具路径图形；（b）仿真加工图形