零件精加工：高效轮廓铣削策略

一、型腔底面精加工

1.复制刀路

在hyperMILL浏览器中，按下【Ctrl】键选择第2和第3号型腔加工刀路，然后继续按着【Ctrl】键不放往下拖动鼠标，即可复制出第5和第6号刀路，如图3-63所示。

2.双击第5号刀路，对其进行编辑

3.设置刀具切削参数

新建一把直径为12mm的立铣刀，其工艺参数如图3-64所示设置。

图3-62　残料加工刀路

图3-63　复制刀路文件

图3-64　设置刀具切削参数

4.设置参数选项卡参数

如图3-65所示，修改参数选项卡中的参数，【毛坯Z轴余量】设置为0，【步距（直径系数）】由图中0.75改为0.5。

5.生成刀路

其他选项不需要设置，使用默认就可以，然后点击对话框中的计算按钮进行刀路的生成计算。

6.修改6条刀路

用同样的方法修改第6条刀路。第6条刀路新建一把直径为8mm的立铣刀，其切削参数如图3-66所示：

图3-65　设置参数选项卡参数

图3-66　设置刀具切削参数

7.生成的刀路如图3-67所示

二、轮廓精加工

1.复制第5、6条刀具路径

在hyperMILL浏览器中，按着【Ctrl】键选择第5和第6条刀轨，然后按着【Ctrl】键不放，往下拖动鼠标，复制出两条刀轨。

2.将第7条刀路替换成轮廓加工刀路

如图3-68所示，右击第七条刀路，在快捷式菜单中选择【替换为】＞【轮廓加工】。

图3-67　底面精加工刀路

图3-68　替换为轮廓加工刀路

3.用同样的方法将第8条转化为基于3D模型的轮廓加工

4.双击第7条刀轨进行编辑

5.删除矩形轮廓

刀具默认，由于矩形轮廓不需加工，所以删除矩形轮廓。在图3-69中右击第2条轮廓（务必确认为矩形轮廓，以防止误删除），在弹出的快捷式菜单中选择删除即可。

图3-69　删除矩形轮廓

其他轮廓参数简介

1）起点和终点

可以为每个轮廓自由选择起点①，如图3-70所示。

如果只加工部分轮廓，或者应该在某处有重叠，则设置一个终点②，如图3-71所示。

图3-70　自由选择起点

图3-71　设置终点

2）重叠

只有封闭轮廓才允许重叠。刀具将顺着刀具轨迹通过起点①直到达指定的终点②，如图3-72所示。

3）下切点

下切点①适用于第一个工作平面的进给。切刀从切入点直接移向起点或进刀设置位。切入点未进行碰撞检测。如图3-73所示。

图3-72　设置重叠

图3-73　设置下切点

4）反向

在默认设置情况下，加工方向依循所选的轮廓的方向，这在图形预览中可见。如果所生成的刀具路径没有达到要求的加工方向，则选择相关轮廓并选择反向选项。

6.确认刀补方向和设置毛坯余量

在参数选项卡中，通过刀具位置中的左、右选项的切换，确保刀具在轮廓的外侧，即图3-73中的红色箭头方向。将毛坯余量设置为0，如图3-74所示。

图3-74　确定刀补方向和毛坯余量

参数选项卡中其余参数简介

1）刀具位置

左：左刀补，如图3-75中①所示。

右：右刀补，如图3-75中②所示。

在轮廓上：不用刀补，切刀沿轮廓移动；加工过程中不做路径补偿如图3-75中④所示。

2）路径补偿

中心路径：如图3-76所示，中心路径②通过轮廓①计算而得，中心路径②对应于NC路径，即按中心路径②生成NC程序，程序中不含刀具半径补偿指令。

补偿路径：启用此功能，就是在 hyperMILL 中选择的轮廓①对应于NC路径，即按轮廓①生成NC程序，程序代码中含有刀具半径补偿指令。

图3-75　刀具位置

图3-76　路径补偿

3）进给量

垂直步距：移向下一加工回合的Z轴进给量。

单向：加工始终在同一个方向。

双向：加工时交替改换方向。即分层加工时，在每一加工层处的轮廓加工方向交替换向，也就是在第一层如果是顺时针方向加工，在第二层则是逆时针方向加工。

4）侧向进给区域

水平步距：XY平面内的步距，此参数为刀具的直径系数，实际步距为此参数值×刀具直径。

0FFSET：XY方向毛坯余量。对于按相同的毛坯余量的预加工轮廓，可通过平行于轮廓的多次水平步距处理将该余量去除。

应用：

（1）如果一次水平步距不能清除预加工轮廓的毛坯余量，就需要进行二次加工。

（2）可以清除开放式的型腔。

图3-77所示的是将【OFFSET】参数为20，【水平步距】参数为0.75时的刀具路径，从图中可以看出由于在XY方向有20mm的余量，不能一刀完成加工，所以每次就按步距为0.75×刀具直径进行从外到内的加工，一共需三层刀具路径才能完成加工。

图3-77　OFFSET参数应用刀路

5）加工顺序（如图3-78所示）

底部：依据定义的垂直步距对一个轮廓完全加工后，系统才切换到下一个轮廓②的加工。

平面：在每个平面内，通过多重水平步距处理将毛坯余量清除①，接下来通过垂直步距进入下一个加工平面②。

6）内部圆角

内部圆角：对轮廓型腔或岛屿的内部加工路径进行光滑修圆处理。将以较低的进给率加工内部圆角。

减少圆角进给率：以较低进给率加工圆角。此参数位于基于3D模型的轮廓加工工单的策略选项卡中。

7）选项

以切入点结束：如果已经为加工定义切入点，而且想在这个点结束加工，请启用该选项。请注意，轮廓的起点可能并不在外角上。

由下向上铣削：一般而言，加工以向下运动完成，如图3-79（a）所示；如果勾选【由下向上铣削】，加工则以向上运动完成，如图3-79（b）所示。

优先螺旋：步距总是以螺旋方式通过安全间隙执行。

图3-78　加工顺序

图3-79　向下/向上铣削

进退刀选项卡参数的简介

1）定义刀具在起点的进刀动作及抵达轮廓终点时的退刀动作

垂直：垂直于轮廓切线，输入长度，如图3-80中①图所示。

切向：在轮廓切线上，输入长度，如图3-80中②图所示。

四分之一圆，半圆：输入半径，以四分之一圆或半圆，如图3-80中③、④图所示。这将保证刀具能完全从槽中退刀，而不会留下任何材料（如碎屑/刮屑），这对由下向上铣削尤其重要。

图3-80　进/退刀参数

进退刀延伸：仅针对四分之一圆可用。进退刀按指定值扩展。

2）进刀进给率

切入进给率：设置切入时的进给速度，一般采用减速切入。

退刀进给率：设置切出时的进给速度，一般采用减速切出。

3）轮廓延伸（仅开放轮廓）

开始：指定的利于进刀运动的刀具路径延伸量。

结束：指定的利于退刀运动的刀具路径延伸量。

图3-81　轮廓精加工刀路

7.生成刀路

8.编辑第8条刀路

双击第8条刀路进行编辑，只需对参数选项卡中的毛坯余量设为0即可，其他参数可以不需修改。生成的刀路如图3-81所示。

三、基于 3D 模型的轮廓加工策略简介

基于3D模型的轮廓加工可以使用下列选项对开放和封闭的轮廓进行加工：

（1）路径补偿（切削半径补偿）；

（2）自动残余材料识别；

（3）3D模型碰撞检查；

（4）轮廓自动优化和排序；

（5）对刀具路径进行修整以适应毛坯或模型；

（6）自动进刀和退刀策略（进退刀宏）。

1.轮廓选项卡中参数简介

1）附加余量

可以为每个单个的轮廓定义水平方向（X，Y）和垂直方向（Z）余量。

2）优化

优化起点：对于封闭轮廓，将自动进行搜索查找最佳的起点，加速无碰撞标准进刀与退刀设置宏程序的执行。如果定义的是手动起点，则该点为首选的起点。否则，最长轮廓要素的外边缘（如图3-82中①所示）或其中心点（如图3-82中②所示）将被用作起点。

轮廓排序：如果选择了多个轮廓，这些轮廓将按使链接快速移动运动（快速）距离最短的方式进行排序，如图3-83中图所示；如果该选项未启用，轮廓将按选择时的顺序相互链接（无排序），如图3-83中图所示。

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图3-82　优化起点

图3-83　轮廓排序

3）进给率选项

如图3-84所示，通过点击轮廓选项卡中的策略标签进入进给率选项，可以调整各轮廓元素的进给率。它有下面的参数。

中心（标准）：使用标准进给率加工轮廓。

边缘控制：自动优化边缘处的进给率。

分块：可以设置轮廓不同区域的进给率。

区段进给率设置：单击【编辑区段】按钮打开区段对话框，如图3-85所示。

图3-84　进给率选项

图3-85　区段进给率设置

通过三点添加：选择起点、终点和轮廓上的另一个点。

通过曲线添加：选择曲线。将自动计算起点和终点。

切削速度：取决于用途，可手动修改或根据系数修改。

手动更改：选择区段并单击切削速度或进给率的链接图标，如图3-86①所示，再输入所需的值。最后点击图标更改，如图3-86②所示，完成手动更改。

根据因子更改：选择区段，单击链接图标并直接输入所需的因子。如图3-87所示。

图3-86　手动更改切削速度

图3-87　根据因子更改

2.策略选项卡参数简介

1）刀具位置

选择的切刀位置正确与否取决于轮廓线的方向。

自动顺铣：轮廓方向则以使用顺铣开始加工为原则自动调整，如图3-88中①所示。

图3-88　刀具位置

左：左刀补，如图3-88中②所示。

右：右刀补，如图3-88 ③中所示。

在轮廓上：切刀在轮廓上直接移动，加工过程中不做路径补偿，如图3-88中④所示。

2）进给

单向：加工始终以同一个方向进行，如图3-89（b）所示。

双向：加工时交替改换方向，如图3-89（a）所示。

双向进给率（因子）：使用Z形进给加工时，可以设置一个因子值以改变反向运动进给速度。

3）加工顺序

底部、平面：这两个参数的含义与轮廓加工策略中的含义相同。

全局平面：如果有几个轮廓，则首先对所有轮廓的水平面（横断轮廓）进行处理，然后再按水平步距横越到下一个平面。也就是所有轮廓都是一起一层一层地往下切。前提条件是：所有轮廓要拥有相同的顶部和底部。如图3-90所示。

图3-89　进给方向

图3-90　加工顺序

4）内部圆角

内部圆角：对轮廓型腔或岛屿的内部加工路径进行光滑修圆处理。

减少圆角进给率：将以较低的进给率加工内部圆角。

先决条件：使用的所有轮廓必须由线和弧组成。在定义轮廓时不允许圆形图素（样条）或分段轮廓。

注意：【内部圆角】和【按铣削区域裁剪】（在边界选项卡中）的组合可能导致内部圆角加工不彻底。

当设置为：内部倒圆角启用，按加工区域裁剪禁用，刀路如图3-91（a）所示。

如设置为：内部倒圆角启用，按加工区域裁剪启用，刀路如图3-91（b）所示，圆角加工不彻底。

5）边角行为

用于定义模型外边缘处的刀具行为，有三个选项可以选择：

滚转（标准）：边缘滚转（=标准行为，同时用于2D轮廓铣），如图3-92（a）所示

延伸：边缘上的切线延伸，如图3-92（b）所示

环：边缘处的环形延伸。还需定义【圆角半径】。 如图3-92（c）所示。

图3-91　内部圆角

图3-92　边角参数

3.参数选项卡中参数简介

1）垂直进给模式

固定步距：进给项下定义的垂直进给值将保留。最后进给值将根据加工深度自动调节。如当轮廓加工深度为18mm，固定步距设为5mm，则第1层至第3层的加工深度为5mm，最后一层的加工深度为3mm。

拟合步距：进给项下定义的垂直步距值在自动调节时确保所有的Z轴距离相同。自动调节时会考虑加工深度。如当轮廓加工深度为18mm，固定步距设为5mm，此时如启用拟合步距功能，则实际的每层的加工深度均为4.5mm。

精加工余量：当垂直进给模式设为拟合步距时，可设置精加工余量参数，控制最后一刀的切削深度。如当轮廓加工深度为18mm，固定步距设为5mm，精加工余量为2mm，此时实际的第1层至第3层的加工深度为4mm，最后一层为2mm。

2）水平进给模式

固定步距：侧向进给区域下定义的侧向进给值将保留，最后进给值将自动根据整个进给调节。

拟合步距：侧向进给区域下定义的侧向进给区域在自动调节时确保所有的值相同，自动调节时会考虑整个进给。

图3-93　侧向进给区域

3）侧向进给区域

总体进给：XY方向毛坯余量。对于按相同的毛坯余量的预加工轮廓，可通过平行于轮廓的多次水平步距处理将该余量去除。如图3-93所示。

水平步距：XY平面内的步距。

如果一次水平步距不能清除预加工轮廓的毛坯余量，就需要设置好总体进给参数进行二次加工。还可以通过设置总体进给参数来清除开放式的型腔。

精加工路径：当水平进给模式设为拟合步距时，可设置精加工路径参数，此参数实际上就是精加工余量，控制在每一切削层最后一刀的切削厚度。

图3-94　优先螺旋

4）附加选项

重复路径：启用该功能可以实现光刀加工，即重复执行轮廓路径。

路径次数：光刀路径的数量

优先螺旋：如图采用螺旋方式刀具路径，一般用于封闭轮廓的加工，如图3-94所示。此功能需满足以下3个条件才能开启：

（1）垂直精加工余量必须设为0；

（2）侧向精加工余量必须设为0；

（3）整体进给量必须小于等于水平步距。

仅最后一层精加工：当启用该功能时，只在切削最后一个深度层时执行轮廓的精加工，不启用时则在每一切削层执行一次精加工。该功能只有在水平进给模式为拟合步距并且精加工路径（即精加工余量）参数设置大于0时才能启用，如图3-95所示。

图3-95　应用参数

如图3-96（a）为勾选仅最后一层精加工选项的结果，图3-96（b）为未勾选此参数的结果

图3-96　参数效果刀轨

5）退刀模式

生产模式：选用此模式时，刀具快速运动轨迹为进给平面之间的最可能短的链接轨迹，其执行的同时会考虑定义的余量（如必要）。这意味着空路径更少。如果不能完成直接的侧向链接，会执行无碰撞多边形移动。如图3-97所示。

安全距离（轴向安全间隙/横向安全间隙）：设置从加工部件曲面起轴向（如图3-98中①所示）或侧向（如图3-98中②所示）方向上的最小距离。

图3-97　退刀模式

图3-98　安全距离

4.边界选项卡参数简介

边界的作用是限制水平方向的加工区域。

1）停止曲面

定义其上没有发生加工的 CAD 模型区域。每当刀具不得碰触特定曲面时，都应使用停止曲面功能。

偏置：停止曲面的偏置量以指定值延伸至被排除加工的区域。

2）裁剪

按加工区域裁剪：设置选项卡中定义的铣削区域将被用于修整刀具路径。因此，所有其刀具未与所选铣削区域接触的刀具路径不适用。

按毛坯修整：设置选项卡中定义的毛坯将被用于修整刀具路径。如图3-99所示，①图为未选毛坯，②图为已选毛坯。

使用最小裁剪距离：启用以避免不必要的退刀运动。如图3-100所示，如果截面长度（沿刀具路径测得值）小于①或等于②最小裁剪距离时，不裁剪刀具路径；如果截面长度大于最小裁剪距离，则执行裁剪操作③。

图3-99　裁剪刀路模式

图3-100　最小裁剪距离

5.设置选项卡参数简介

1）模型

指定当前工单所需的模型（加工区域）。

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。刀具不会过切所选择的附加曲面。

3）毛坯模型

选择当前工单要求的毛坯模型。

4）刀具检查

如果补偿中心路径选项启用，将使用碰撞检查的偏置轮廓。

刀具检查确保所有针对刀具定义的元件均得到保护，不至于因现有材料的缘故，而与CAD模型发生碰撞。刀具检查只有在您定义了要检查的刀具及模型后，才可以进行。

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：定义不断变大的安全间隙，并从主轴方向上的加强刀杆开始。

刀具检查设置：刀具检查设定在对话框中指明，如图3-101所示。

图3-101　刀具检查设置

5）选项

可单独启动检查主轴选项。

6）安全

为每个刀具元件添加的余量（=与模型之间保留的最短距离）。将检查以下刀具元件：①主轴，②刀柄，③延长杆，④加强刀杆（如图3-102所示）。刀尖的检查不使用安全值。如果想在模型与刀具之间保持一定的距离，则安全参数的值应为所需距离值的两倍。

7）停止/裁剪精度

该容差值用于指定无碰撞运动的退刀（和进刀）点。如图3-102中⑤所示为安全间隙，⑥为停止/裁剪精度。

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。

图3-102　检查干涉