数控加工中曲面加工方法的比较

数控加工中曲面加工方法的比较

作者：张伟雄

来源：《科技创新与应用》2016年第12期

摘 要：在数控加工中有多种曲面加工的方法，而不同的加工方法会对加工效率与加工质量产生重要的影响，通过分析比较各种曲面加工方法，综合考虑其优缺点，有利于工程技术人员选择最优的加工方式。

关键词：数控加工；CNC；曲面加工；MasterCAM

在目前的机械制造领域，数控加工技术（Numerical Control Machining）应用非常广泛，是一种在数控机床上进行零件加工的工艺方法。数控机床相对于传统的普通机床在操作上有着本质的区别，前者主要依靠计算机数字控制（Computerized Numerical Control，简称CNC）来操作机床进行自动加工，后者则是以手动的方式来进行加工，而且CNC加工还具有高精度、高效率、自动化程度高、能够加工复杂零件的特点[1]。所以对于一些精度要求比较高的曲面零件就需要使用数控加工技术才能完成加工，一般流程是由技术人员用数控加工的编程软件对该零件的3D模型进行刀路的编制，然后再将模拟仿真并加以修改后的合格刀路程序传输到数控机床进行自动加工。文章将以常用的数控加工编程软件MasterCAM为例，比较曲面加工中的不同方法，探讨其加工特点与应用。 1 MasterCAM软件简介

MasterCAM软件是美国CNC Software Inc.公司开发的CAD/CAM软件，它包含了二维绘图、三维实体造型、曲面设计、数控编程、刀路模拟等多种功能，提供了设计与加工的理想环境，被很多中小企业广泛采用。其中数控编程的Mill模块中，对于曲面零件的铣削加工部分，提供了平行铣削、流线加工、等高外形、环绕等距等多种曲面加工的刀具路径方法[2]。 2 曲面加工方法的比较 2.1 平行铣削加工

对于要加工如图1-a图所示的曲面零件，一般可以规划加工的工艺路线为：整体开粗——半精加工——曲面精加工——局部清角加工，其中我们将重点探讨曲面精加工部分的刀具路径[3][4]。在Maste

rCAM X3的软件中，所有的曲面精加工命令都可以在菜单栏“刀具路径”——“曲面精加工”弹出的二级菜单中找到。

2.1.1 刀具及加工参数的设置。启动加工命令“刀具路径”——“曲面精加工”——“精加工平行铣削”，在绘图区选择加工对象，并设置干涉曲面、边界范围——在弹出的“曲面精加工平行

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

铣削”对话框中，分别设置本例的刀具为D10球刀，进给率为500mm/min，下刀速率为600mm/min，提刀速率2000mm/min，主轴转速为3200r/min，加工面预留量为0。另外，平行铣削参数设为最大切削间距0.2，加工角度为0度。

2.1.2 模拟仿真的加工结果分析。如图1中的（b）图所示，可以看出“平行铣削”的刀路只能沿着某一特定的角度进行走刀，通过调整切削间距参数来控制刀路的加工细腻程度。而对于图1（a）图中的曲面零件，由于该零件整体外形为弯曲的半圆形结构，所以当平行铣削的刀路来到弯角处时，就出现了无法切削的情况，如图1（b）图的箭头处所示。所以“平行铣削”的方法适合于加工比较平缓的浅平面或曲面，而且在这四种曲面加工方法中加工时间是最少的，但对于有交叉的陡斜面，则容易出现无法切削的情况。 2.2 流线加工

2.2.1 刀具及加工参数的设置。仍然以图1的（a）图曲面零件为例，启动“刀具路径”——“曲面精加工”——“精加工流线加工”，在绘图区选择加工对象，并设置干涉曲面、流线方向等参数——在弹出的“曲面精加工流线”对话框中，刀具及加工参数部分与2.1一致。另外，流线加工参数设为距离0.3。

2.2.2 模拟仿真的加工结果分析。如图2中的（a）图所示，可以看出使用“流线加工”的刀路，加工出该曲面零件的表面非常光滑，加工效率也很高，刀路沿着曲面的流线来回运动（如图2（a）图的箭头所示），特别适合于这种流线曲面的加工。 2.3 等高外形加工

2.3.1 刀具及加工参数的设置。继续以图1的（a）图曲面零件为例，启动“刀具路径”——“曲面精加工”——“精加工等高外形”，在绘图区选择加工对象，并设置干涉曲面、边界范围等参数——在弹出的“曲面精加工等高外形”对话框中，刀具及加工参数部分与2.1一致。另外，等高外形加工参数设为Z轴最大进给量0.2。

2.3.2 模拟仿真的加工结果分析。如图2中的（b）图所示，由于“等高外形”的刀路是以Z轴等距分层进给的方式来下刀，当加工对象为半圆曲面形状时，其顶部曲面越来越浅，加工效果也越来越粗糙；而越往下，曲面越来越陡，其加工效果却越来越光滑。所以“等高外形”的刀路只适合加工陡斜面的零件，而不适合用于平坦的曲面零件。 2.4 环绕等距加工

2.4.1 刀具及加工参数的设置。继续以图1的（a）图曲面零件为例，启动“刀具路径”——“曲面精加工”——“精加工环绕等距加工”，在绘图区选择加工对象，并设置干涉曲面、边界范围等参数——在弹出的“曲面精加工环绕等距”对话框中，刀具及加工参数部分与2.1一致。另外，等高外形加工参数设为最大切削间距0.2。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

2.4.2 模拟仿真的加工结果分析。如图2中的c图所示，“环绕等距”的刀路是以沿着三维曲面表面等步距的方式生成环绕中心的刀路，可以保证刀具在曲面上每个位置走的步距都一致。所以对于大多数的曲面零件都可以考虑“等距环绕”的刀路，不过如果有曲面相交变化太大的地方，则会出现过切或无法切削的现象。 3 结束语

在数控加工中采用不同的加工方法会对零件的加工效率和加工质量产生直接的影响，通过对一些曲面加工方法分别进行比较，让工程技术人员在使用MasterCAM软件进行数控编程时，能够针对特定的加工对象来选择合理的曲面加工刀具路径，综合考虑其优缺点，从而选择最优的加工方法。 参考文献

[1]（德）约瑟夫·迪林格.机械制造工程基础[M].杨祖群译，湖南：湖南科学技术出版社，2013：507-510.

[2]陈银清，郑泽钿.基于MasterCAM自由曲面加工刀具路径优化[J].现代制造工程，2014（5）：46-51.

[3]沈建峰，韩鸿鸾.MasterCAMX3数控造型与加工[M].北京：中国电力出版社，2010：225.

[4]缪德建.CAM中曲面加工方法的选择[J].机械设计与制造，2001（5）：16-17. 作者简介：张伟雄（1986-），男，广东梅州人，教师，在读硕士，主要研究方向：机械工程、模具CAD/CAM。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn