第4章 型腔铣和深度加工轮廓.doc

第 4 章 型腔铣和深度加工轮廓学习提示：型腔铣主要用于工件的粗加工，快速去除毛坯余量，可加工平面铣无法加工的零件形状，一般包括带拔模角度的零件 侧壁和带曲面的零件等本章介绍型腔铣的加工特点、型腔铣的适用范围，与深度加工轮廓铣的异同；重点介 绍型腔铣和深度加工轮廓的参数设置，包括切削层、切削参数、处理中的工件（IPW）等最后通过实例来说明型腔铣和深度加工轮廓铣操作的运用技能目标：了解型腔铣和深度加工轮廓的应用范围，掌握 设 置切削层、切削参数的方法，掌握型腔铣和深度加工轮廓铣操作的设置方法4.1 型腔铣基础理论型腔铣主要用于工件的粗加工，快速去除毛坯余量，可加工平面铣无法加工的零件形状，一般包括带拔模角度的零件侧壁和带曲面的零件等型腔铣的操作原理是通过计算毛坯除去工件后剩下的材料来产生刀轨，所以只需要定义工件和毛坯即可计算刀位轨迹，使用方便且智能化程度高本章将先介绍型腔铣的基本设置，再通过实例说明型腔铣的应用思路4.1.1 型腔铣与平面铣的比较型腔铣与平面铣操作都是在水平切削层上创建的刀位轨迹，用来去除工件上的材料余量大部分情况下，特别是粗加工，型腔铣可以替代平面铣，但平面铣也有它独特的优势。

下面对型腔铣和平面铣进行比较1. 相同点（1）型腔铣与平面铣刀具轴都垂直于切削层平面2）型腔铣与平面铣的大部分参数基本相同，如切削方式、进刀和退刀、控制点、切削参数选项，拐角控制选项等2. 不同点（1）定义工件和毛坯的几何体类型不同，平面铣使用边界，型腔铣大部分使用实体，也可使用小平面和边界2）切削深度的定义不同，平面铣通过指定的边界和底面的高度差来定义总的切削深度型腔铣是通过毛坯几何体和零件几何体来定义切削深度4.1.2 型腔铣的适用范围型腔铣的适用范围很广泛，可加工的工件侧壁可垂直或不垂直，底面或顶面可为平面或曲面如模具的型芯和型腔等可用于大部分的粗加工，直壁或斜度不大的侧壁的精加工，通过限定高度值，只作一层切削，型腔铣也可用于平面的精加工以及清角加工等适用于型腔铣的工件类型有如图 4-1 和图 4-2 所示 图 4-1 打印机盖板的后模型腔 图 4-2 塑料前模型芯4.1.3 型腔铣的参数设置型腔铣创建操作的主界面如图 4-3 所示，型腔铣最关键的参数是切削层、切削区域，以及 IPW（残留毛坯）的应用本节先介绍型腔铣的加工原理，然后对型腔铣的参数设置作讲解。

图 4-3 【型腔铣】对话框型腔铣的加工原理是在刀具路径的同一高度内完成一层切削，当遇到曲面时将会绕过，再下降一个高度进行下一层的切削，系统按照零件在不同深度的截面形状计算各层的道路轨迹如图 4-4 所示的零件，分 4 层切削，在不同的层里，道路轨迹也有所不同1. 切削层切削层是为型腔铣操作指定切削平面切削层由切削深度范围和每层深度来定义一个范围由两个垂直于刀轴矢量的小平面来定义，同时可以定义多个切削范围每个切削范围可以根据部件几何体的形状确定切削层的切削深度，各个切削范围都可以独立地设定各自的均匀深度图 4-4 【型腔铣】的切削层在【型腔铣】对话框下【刀轨设置】选项中单击【切削层】 按钮，打开【切削层】对话框，如图 4-5 所示在【切削层】对话框中，型腔铣操作提供了全面、灵活的方法对切削范围、切削深度进行调整下面讲解切削层中的各个选项的理解和用法图 4-5【切削层】对话框（1）自动生成切削层自动生成将范围设置为与任何水平平面对齐，这些是部件的关键深度只要没有添加或修改局部范围，切削层将保持与部件的关联性，系统将检测部件上的新的水平表面，并添加关键层与之匹配选择这种方式时系统会自动寻找部件中垂直于刀轴矢量的平面。

在两平面之间定义一个切削范围，并且在两个平面上生成一种较大的三角形平面之间表示一个切削层，每两个小三角形平面之间表示范围内的切削深度，如图 4-6 所示图 4-6 自动生成切削层图例 仅在底部范围在【切削层】对话框中选择“仅在底部范围”复选框时，则在绘图区只保留关键切削层，如图 4-7 所示，该参数设定只加工关键切削层的深度，即只加工工件存在平面区域的深度，该参数常用于精加工 切削深度切削深度可分为总的切削深度和每一刀的深度，每一刀的深度可以定义为全局切削深度和某个切削范围内的局部削深度如图 4-8 所示图 4-7 仅在底部切削的切削层 图 4-8 切削深度 当前范围信息向上和向下箭头 ：使用向上和向下箭头从各个范围中进行选择图形区域中突出显示的范围（以选择颜色显示）是当前的活动范围其他范围将以部件颜色显示当突出显示每个范围时，该范围的编号和层将显示在上/下箭头的上方，【范围深度】文本框中将显示该范围当前的深度值 插入范围使用【插入范围】可在当前的范围下添加一个新范围 编辑当前范围使用“编辑当前范围”可修改当前范围 删除当前范围使用【删除当前范围】可删除当前的范围。

当删除一个范围时，所删除范围之下的一个范围将会进行扩展以自顶向下填充缝隙如果删除仅有的一个范围时，系统将恢复默认的切削范围，该范围将从整个切削体积的顶部延伸至底部 测量开始位置顶层：从第一个切削范围的顶部开始测量范围深度值范围顶部：从当前突出显示的范围的顶部开始测量范围深度值范围底部：从当前突出显示的范围的底部开始测量范围深度值也可使用滑尺来修改范围底部的位置WCS 原点：从工作坐标系原点处开始测量范围深度值 信息在单独的窗口中显示关于该范围的详细说明 显示可重新显示范围以作为视觉参考2）用户定义切削层允许用户通过定义每个新范围的底面来创建范围，通过选择面定义的范围将保持与部件的关联性但不会检测新的水平表面3）单个切削层根据部件和毛坯几何体设置一个切削范围，如图 4-9 所示在单个切削层中只能修改顶层和底层图 4-9 单个切削层图例2. 切削区域型腔铣操作提供了多种方式来控制切削区域下面对 5 种切削区域定义方式分别进行介绍 检查几何体与平面铣类似，型腔铣的检查几何体用于指定不允许刀具切削的部位，如压板、虎钳等，不同之处是腔铣可用实体等几何对象定义任何形状的检查几何体可以用片体、实体、表面、曲线定义检查几何体。

 修剪边界修剪边界用于修剪刀位轨迹，去除修剪边界内侧或外侧的刀轨，必须是封闭边界 切削区域切削区域用于创建局部刀具路径可以选择部件表面的某个面或面域作为切削区域，而不选择整个部件，这样就可以省去先创建整个部件的刀具路径，然后使用修剪功能对刀路径进行进一步编辑的操作当切削区域限制在较大部件的较小区域中时，切削区域还可以减小系统计算路径的时间 轮廓线裁剪在【切削参数】对话框中，当打开容错加工时，可以在【空间范围】选项卡中将【修剪由】设定为“轮廓线”，则系统利用工件几何体最大轮廓线决定切削范围，刀具可以定位到从这个范围偏置一个刀具半径的位置，如图 4-10 所示图 4-10 【切削参数】对话框 参考刀具在【切削参数】对话框的【空间范围】选项卡中，可以设定参考刀具，如图 4-11 所示，设定此参数常来创建清角刀轨，在对话框右边有产生的刀轨示意还可设【重叠距离】，对刀轨进行进一步的控制图 4-11 【空间范围】对话框3. 处理中的工件（IPW）IPW 就是 In Process Workpiece，是指工序件的意思该选项主要用于二次开粗，是型腔铣中非常重要的一个选项处理中的工件（IPW）也就是操作完成后保留的材料，该选项可用的当前输出操作（IPW）的状态，包括 3 个选项。

无”、“使用 3D”和“使用基于层的”如图 4-12 所示图 4-12 处理中的工件选项 图 4-13“无”处理中的工件 无：该选项是指在操作中不使用处理中的工件也就是直接使用几何体父节点组中指的毛坯几何体作为毛坯来进行切削，不能使用当前操作加工后的剩余材料作为当前操作的毛坯几何体，如图 4-13 所示 使用 3D：该选项是使用小平面几何体来表示剩余材料选择该选项，可以将前一操作加工后剩余的材料作为当前操作的毛坯几何体，避免再次切削已经切削过的区域，如图 4-14 所示图 4-14 使用 3D 处中的工件 图 4-15 使用基于层的选项工程提示：在使用 3D 选项时 ，必须在选择的父节点中已经指定了毛坯几何体，否则在创建刀具路径时弹出警告对话框提示几何体 绷带没有定义毛坯几何体，不能生成刀具路径 使用基于层：该选项和“使用 3D”类似，也是使用先前操作后的剩余材料作为当前操作的毛坯几何体并且使用先前操作的刀轴矢量，操作都必须位于同一几何父节点组内使用该选项可以高效地切削先前操作中留下的弯角和阶梯面，如图 4-15 所示。

工程提示：在二次开粗时：如果当前操作使用的刀具和先前操作的刀具不一样，建议“使用3D”选项；如果当前操作使用的刀具和先前刀具一样，只是改变了步进距离或切削浓度，建 议选择“使用基于层”选项在定义 IPW 时，【空间范围】对话框会出现【最小移除材料】文本框，最小移除材料厚度值是在部件余量上附加的余量，使生成的处理中的工件比实际加大后的工序件稍大一点如图 4-16 所示比如当前操作指定的部件余量是 0.5mm，而最小移除材料厚度值是0.2mm，生成的处理中的工件的余量是 0.7mm可以理解为，前一个 IPW 的余量在 0.7 以上的区域才能被本操作加工到内 图 4-16 最小移除材料IPW 可以成功执行的条件是，在使用之前的所有操作都必须有同一个几何体组之下，且全部操作已生成工程提示：IPW 常用于半精加工，清除前一把刀具铣不到的角落和无法下刀的区域优先使用“跟随工件”的切削方式，生成的刀轨安全高效，智能化程度高4.1.4 深度加工轮廓操作深度加工轮廓铣操作 是型腔铣的特例，经常应用到陡峭曲面的精加工和半精加工，相对于型腔铣的“配置文件”方式 ，增加了一些特定的参数，如陡峭角度、混合切削模式、层间过渡、层间剖切等，其主界面如图 4-17 所示：图 4-17 深度加工轮廓（ZLEVEL-PROFILE）主界面现对深度加工轮廓操作与型腔铣操作的区别，分别介绍如下。

1）陡峭角度此参数限定被加工区域的陡峭程度，而非陡峭面采用另外的加工方式，两者结合，达到对工件完整光顺精加工的目的参数设定如图 4-18 所示2）混合切削模式当每层的刀轨没有封闭时，单向切削模式会产生许多提刀，采用混合切削模式避免提刀，可以提高加工效率，使刀轨更为美观参数设定如图 4-19 所示图 4-18“陡峭角度”参数 图 4-19“混合”切削参数（3）层间过渡提供了 2 种层到层之间的过渡方法，其中“直接对部件进刀”避免了提刀，使得产生的刀轨更为精简参数设定如图 4-20 所示图 4-20 【层到层】参数（4）层间剖切设定层间切削的步距和最大移动距离，可以实现在进行深度轮廓加工时，对非陡峭面进行均匀加工参数设定如图 4-21 所示图 4-21 “在层之间切削”参数4.2 打印机后盖板模型型腔铣实例工程案例导入：工件简图：打印机盖板后模型腔，如图 4-22 所示加工方法：依据零件型面特征，采用型腔铣进行加工操作项目要求：本例使用型腔铣对打印机盖板后模型腔进行粗加工图 4-22 打印机盖板的后模型腔4.4.1 实例分析本例是打印机盖板一模两腔的后模型腔，属于典型的塑胶模，本例主要目的是通过后模型腔开粗加工的过程，让读者逐步熟悉型腔铣的基本思路和步骤。

零件材料是 718 钢，加工思路是通过型腔铣进行开粗加工，侧面留 0.35mm 加工余量，底面留 0.15mm 的余量，加工工艺方案制定如表。