《CADCAM软件应用技》-ch10 三维曲面加工

10.1曲面加工类型和加工曲面的选取10.2曲面加工参数设置10.3曲面粗加工习题与练习三维曲面加工10.4曲面精加工本章要点及学习指导

曲面加工类型和加工曲面的选取。曲面加工参数设置。曲面粗加工。曲面精加工。数控机床的特点之一是能够准确加工具有三维曲面形状的零件，MastercamV10中的三维曲面加工系统可以生成三维刀具加工路径，以产生数控机床的控制指令。曲面加工模组有其通用的曲面加工参数，也有各曲面粗加工模组、曲面精加工模组的专用加工参数。本章主要讲述三维铣床加工系统中的加工类型及各加工模组(菜单命令)的功能。案例导入如图10.1所示的空间三维曲面，若采用前面介绍的二维刀具路径加工方法，明显是达不到要求的，这时必须采用三维刀具路径加工。图10.1曲面

10.1曲面加工类型和加工曲面的选取10.1曲面加工类型和加工曲面的选取

大多数曲面加工都需要通过粗加工与精加工来完成。曲面铣削加工的类型较多，系统共提供了8种粗加工(模组)(如图10.2所示)和11种精加工(模组)(如图10.3所示)。粗加工刀具路径主要用于从零件原材料上尽可能多地去除多余材料，而精加工刀具路径主要用于尽可能地达到加工零件的最终要求。粗加工必须在精加工前完成。通过主菜单命令“刀具路径”→“曲面粗加工”或“曲面精加工”选择所需的粗/精加工模组。当选定了加工模组后，系统会弹出如图10.4所示的“刀具路径的曲面选取”对话框，通过该对话框选择生成刀具路径所需的曲面(在这时也可以不进行曲面选取，以后可以通过“曲面粗加工平行铣削”对话框的“曲面参数”选项卡中的按钮，再进行选取。下面对“刀具路径的曲面选取”对话框的选项作简要说明。10.1曲面加工类型和加工曲面的选取10.1曲面加工类型和加工曲面的选取10.2曲面加工参数设置10.2曲面加工参数设置

不同的加工类型有其特定的设置参数，这些参数又可分为共同参数和特定参数两类。在曲面加工系统中，共同参数包括刀具参数和曲面参数。各铣削加工模组中刀具参数的设置方法都相同，曲面参数对所有曲面加工模组基本相同，如图10.5所示。该对话框部分选项说明如下。10.2曲面加工参数设置图10.5“曲面粗加工平行铣削”对话框

1.高度设置10.2曲面加工参数设置2.“记录文件”按钮10.2曲面加工参数设置3.“进/退刀向量”按钮10.2曲面加工参数设置4.

按钮

单击该按钮，系统弹出如图10.4所示的“刀具路径的曲面选取”对话框，选取所需的曲面。10.2曲面加工参数设置图10.6“进/退刀向量”对话框

10.3曲面粗加工10.3.1粗加工平行铣削加工10.3.2粗加工放射状加工10.3.3粗加工投影加工10.3.4粗加工流线加工10.3.5粗加工等高外形加工10.3.6粗加工挖槽加工10.3.7粗加工残料加工10.3.8粗加工钻削式加工10.3曲面粗加工

在主菜单中执行“刀具路径”→“曲面粗加工”→“粗加工平行铣削加工”命令，可打开粗加工平行铣削加工模组。该模组可用于生成平行粗加工铣削刀具路径。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”对话框中的“粗加工平行铣削参数”选项卡来设置，如图10.7所示，该选项卡的有关选项说明如下。10.3.1粗加工平行铣削加工10.3.1粗加工平行铣削加工图10.7“曲面粗加工平行铣削”对话框

1．挖槽加工形式

该按钮后的文本框用来设置刀具路径与几何模型的精度误差。误差值设置得越小，加工得到的曲面越接近几何模型，但加工速度较低，为了提高加工速度，在粗加工中其值可稍大一些。10.3.1粗加工平行铣削加工2.最大切削间距

该按钮后的文本框用来设置两相邻切削路径层间的最大距离。该设置值必须小于刀具的直径。这“整体误差”和“最大切削间距”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，但生成刀具路径的时间较长。10.3.1粗加工平行铣削加工4.加工角度

该选项后的文本框用来设置加工角度，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。10.3.1粗加工平行铣削加工5.定义下刀点

当选中该选项前的复选框时，在设置完各参数后，需要指定刀具路径的起始点，系统将选取最近的工件角点为刀具路径的起始点。10.3.1粗加工平行铣削加工6.切削深度

单击按钮，打开如图10.8所示“切削深度的设定”对话框，在该对话框中设置粗加工的切削深度，可以选择“绝对坐标”或“增量坐标”方式来设置切削深度。10.3.1粗加工平行铣削加工6.切削深度10.3.1粗加工平行铣削加工图10.8“切削深度的设定”对话框

7.间隙设置

单击按钮，打开如图10.9所示的“刀具路径的间隙设置”对话框，该对话框用来设置刀具在不同间距时的运动方式。其中“容许的间隙”选项组用来设置允许间距；“位移小于容许间隙时，不提刀”选项组用于设置当移动量小于设置的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”选项组用于设置当移动量大于设置的允许间距时刀具的移动方式；“切弧的半径”文本框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”文本框用于输入在边界处刀具路径延伸切弧的角度。10.3.1粗加工平行铣削加工7.间隙设置

单击按钮，打开如图10.10所示的“高级设置”对话框，该对话框用来设置刀具在曲面或实体边缘处的加工方式。其中“刀具在曲面(实体面)的边缘走圆角”选项组用来选择刀具在边缘处加工圆角的方式；“尖角部份的误差(在曲面/实体的边缘)”选项组用于设置刀具圆角移动量的误差。10.3.1粗加工平行铣削加工7.间隙设置10.3.1粗加工平行铣削加工图10.9“刀具路径的间隙设置”对话框

图10.10“高级设置”对话框

粗加工放射状加工模组用于生成放射状粗加工刀具路径，常用于加工类似圆形的零件，其主要特点是中心对称。在主菜单栏中选择“刀具路径”→“曲面粗加工”→“粗加工放射状加工”命令，可以打开“粗加工放射状加工”模组。设置该模组参数，在打开“曲面粗加工放射状”对话框的“放射状粗加工参数”选项卡中，有些参数与平行式粗加工选项卡相同，其他参数用来设置放射状刀具路径的形式，有关选项说明如下。10.3.2粗加工放射状加工10.3.2粗加工放射状加工图10.20生成的NC代码

粗加工投影加工是将一个已经存在的刀具路径或几何图形投影到被加工曲面上生成刀具路径，这种加工方法不改变原来NC文件中的X、Y坐标，而只改变其Z坐标。可以通过主菜单命令“刀具路径”→“曲面粗加工”→“粗加工投影加工”，打开投影粗加工模组。这时系统提示选取工件的形状。选择好工件形状后，再在“刀具路径的曲面选取”对话框中选择加工所需的加工曲面和干涉曲面，完成后单击按钮，系统弹出如图10.23所示的“曲面粗加工投影”对话框，其中“刀具参数”和“曲面参数”选项卡中的参数设置与前面介绍的设置方法相同，在此不再重复。下面介绍投影粗加工刀具路径特有参数的设置，如图10.23所示。10.3.3粗加工投影加工10.3.3粗加工投影加工图10.23“曲面粗加工投影”对话框(投影粗加工参数设置

粗加工流线加工模组用于沿着曲面流线的方向生成粗加工刀具路径。由于流线加工能精确控制残脊高度，故可以得到精确光滑的加工曲面。通过执行主菜单“刀具路径”→“曲面粗加工”→“粗加工流线加工”命令，打开粗中工流线加工模组。首先系统要求选择工件的形状，选定工件形状后，选取要加工的曲面(包括干涉曲面)，确认后系统弹出“曲面粗加工流线”对话框。该对话框中“刀具参数”和“曲面参数”选项卡中的参数设置与前面介绍的设置方法相同，在此不再重复。下面介绍“曲面流线粗加工参数”选项卡中参数的设置方法。10.3.4粗加工流线加工10.3.4粗加工流线加工图10.28“曲面粗加工流线”对话框

1.切削方向的控制10.3.4粗加工流线加工2.截断方向的控制10.3.4粗加工流线加工

粗加工等高外形加工是依据曲面外形的轮廓一层一层地切削而生成的刀具路径，生成的每一个刀具路径都在等高线的轮廓上，也就是说，最终的刀具路径是由一系列等高线构成的。通过执行主菜单命令“刀具路径”→“曲面粗加工”→“粗加工等高外形加工”，打开粗加工等高外形加工模组，选取加工曲面(如有必要，包括干涉曲面)，确认选定的曲面后，系统弹出“曲面粗加工等高外形”对话框进入参数设置。要生成曲面等高外形粗加工刀具路径，除了要设置共有的刀具参数和曲面参数外，还要通过“曲面粗加工等高外形”对话框的“等高外形粗加工参数”选项卡来设置一组曲面等高外形粗加工刀具路径特有的参数，选项卡如图10.32所示。10.3.5粗加工等高外形加工10.3.5粗加工等高外形加工图10.32“曲面粗加工等高外形”对话框的“等高外形粗加工参数”选项卡

粗加工挖槽加工是依据曲面形态在Z轴方向由上而下生成加工刀具路径。分为两种情形，一种是凸形曲面挖槽粗加工，一种是凹形曲面挖槽加工。通过执行主菜单命令“刀具路径”→“曲面粗加工”→“粗加工挖槽加工”，打开粗加工挖槽加工模组，选择所需的加工曲面和干涉曲面，确认后进入参数设置。“曲面粗加工挖槽”对话框中的“刀具参数”、“曲面参数”选项卡与前面介绍的相同，在此不再重复，“挖槽参数”选项卡与二维挖槽参数的设置基本相同。下面用一个实例来介绍生成挖槽粗加工刀具路径的方法。

【例10.6】采用粗加工挖槽加工模组加工如图10.37所示零件的上部型腔。10.3.6粗加工挖槽加工10.3.6粗加工挖槽加工图10.37用于加工的零件图形

粗加工残料加工是生成用于清除前面加工刀具未切削到或较大直径刀具加工所留材料的粗加工刀具路径。通过执行主菜单命令“刀具路径”→“曲面粗加工”→“粗加工残料加工”，打开粗加工残料加工模组，选择所需的加工曲面和干涉曲面，确认后进行参数设置。“曲面残料粗加工”对话框(如图10.43所示)中的“刀具参数”、“曲面参数”选项卡与前面介绍的相同，在此不再重复，“残料粗加工参数”选项卡中的参数与前面介绍的参数含义基本相同，下面主要介绍“剩余材料参数”选项卡中的参数设置。10.3.7粗加工残料加工10.3.7粗加工残料加工图10.43“曲面残料粗加工”对话框

粗加工钻削式加工通过切削位于曲面与凹槽边界材料生成加工刀具路径，是一种加工成本较低的粗加工方式。通过执行主菜单命令“刀具路径”→“曲面粗加工”→“粗加工钻削式加工”，打开粗加工钻削式加工模组，系统要求选择加工曲面和干涉曲面，确认选取后，进行参数设置。“钻削式粗加工参数”选项卡中的几个参数在前面都已介绍过。下面就用一个实例介绍生成钻削式粗加工刀具路径的方法。10.3.8粗加工钻削式加工10.4曲面精加工10.4.1精加工平行铣削10.4.2精加工平行陡斜面10.4.3精加工放射状10.4.4精加工投影加工10.4.5精加工流线加工10.4.6精加工等高外形10.4.7精加工浅平面加工10.4.8精加工交线清角加工10.4.9精加工残料加工10.4.10精加工环绕等距加工10.4.11精加工混合加工10.4曲面精加工

曲面精加工用于曲面粗加工后生成工件的精加工刀具路径，其重点是要保证被加工工件的精度，为此，精加工采用的加工方法与粗加工有一些区别，所采用的切削用量不一样。在精加工中常采用高的切削速度、小的进给量和切削深度来保证加工要求。在MastercamV10中，可以通过菜单命令“刀具路径”→“曲面精加工”选择所需要的精加工模组。10.4.1精加工平行铣削精加工平行陡斜面主要用于清除残留在曲面斜坡上的材料。采用粗加工或某种精加工方式对曲面进行加工后，会在近于垂直的陡斜面(包括垂直面)处刀具路径过稀，从而会遗留过多的材料，达不到要求的表面精度。利用陡斜面精加工可对前次加工中达不到要求的陡斜面进行再加工，因此一般与其他的加工模组配合使用。通过执行主菜单命令“刀具路径”→“曲面精加工”→“精加工平行陡斜面”，系统会弹出“曲面精加工平行式陡斜面”对话框，如图10.50所示。其中“陡斜面精加工参数”选项卡用来设置陡斜面精加工刀具路径特有的参数。10.4.2精加工平行陡斜面10.4.2精加工平行陡斜面图10.50“曲面精加工平行式陡斜面”对话框

精加工放射状用于生成放射状精加工刀具路径，常用于加工类似圆形的零件，其主要特点是中心对称。“曲面精加工放射状”对话框(如图10.55所示)中的“刀具参数”选项卡和“曲面参数”选项卡中的各参数含义同前面的介绍。“放射状精加工参数”选项卡中各参数含义与“曲面粗加工放射状”对话框中的“放射状粗加工参数”选项卡中的对应选项相同，这里不再重复介绍。10.4.3精加工放射状10.4.3精加工放射状图10.55“曲面精加工放射状”对话框

精加工投影加工是将一个已经存在的加工路径或几何图形投影到被加工曲面上生成新的加工路径，这种加工方法不改变原来的NC文件中的刀具路径的X、Y坐标，而仅改变其Z坐标。通过执行主菜单命令“刀具路径”→“曲面精加工”→“精加工投影加工”，选择该加工模组。而后选择生成刀具路径所需的加工曲面和干涉曲面、切削边界等图素，确定后进行参数设置，“曲面精加工投影”对话框中的“刀具参数”选项卡和“曲面参数”选项卡中的各参数含义同前面的介绍。“投影精加工参数”选项卡中各参数含义和“投影粗加工参数”选项卡中的对应参数相同，其中增加的“增加深度”复选框用来设置投影后刀具路径的深度方式，选中该复选框，则系统将用作投影的NCI文件的Z轴深度作为投影后刀具路径的深度；若不选中该复选框，则由曲面来决定投影后刀具路径的深度。10.4.4精加工投影加工

精加工流线加工用于沿着曲面流线的方向生成精加工刀具路径。曲面流线精加工能精确控制残脊高度，加工精度较高。通过执行主菜单命令“刀具路径”→“曲面精加工”→“精加工流线加工”，选择该加工模组。系统会弹出“曲面精加工流线”对话框(其中参数设置与前面介绍的选项相同，在此不再介绍)。设置好各参数后，单击按钮即可。10.4.5精加工流线加工

精加工等高外形依据曲面外形的轮廓一层一层地切削而生成精加工刀具路径。其特点是它的加工路径产生在相同的等高线轮廓上，因此又称曲面等高外形精加工。设置好“曲面精加工等高外形”对话框中的各参数后，单击按钮即可按设置的参数生成曲面轮廓精加工刀具路径。10.4.6精加工等高外形

精加工浅平面加工用于清除曲面浅面积部分的残留材料。浅平面精加工用于加工较平坦的曲面，与陡斜面加工正好互补。某些精加工方式(如曲面轮廓精加工)会在曲面平坦部位产生刀具路径较稀的现象，此时就要采用浅平面精加工来保证该部位的加工精度。“浅平面精加工参数”选项卡用来设置浅平面精加工刀具路径特有的参数。设置好“曲面精加工浅平面”对话框(如图10.56所示)中的各参数后，单击按钮即可弹出“刀具路径的曲面选取”对话框，在此对话框中选取所需图素生成浅平面精加工刀具路径。10.4.7精加工浅平面加工10.4.7精加工浅平面加工图10.56“曲面精加工浅平面”对话框

1．切削方式

浅平面加工的方式有3种：单向、双向和3D环绕，可从“切削方式”的下拉列表框中选择一种。

3D环绕切削指系统在被加工过的区域中建立一个边界，刀具在边界上形成加工路径，再沿此边界移动制定最大横向进给距离，形成一个与前一个刀具路径平行的刀具路径，如此往复，直至加工完整个区域。10.4.7精加工浅平面加工2．从倾斜角度

该文本框用于设置曲面浅平面内的最小陡斜面角度。10.4.7精加工浅平面加工3．到倾斜角度

该文本框用于设置曲面浅平面内的最大陡斜面角度。10.4.7精加工浅平面加工4．由内而外环切

选中该选项前的复选框，则横向进给由内向外进行；否则横向进给由外向内进行。10.4.7精加工浅平面加工5．限定深度

选中该按钮前的复选框并单击此按钮，系统会弹出如图10.57所示的“限定深度”对话框。10.4.7精加工浅平面加工图10.57“限定深度”对话框

6.环绕设置

只有在“切削方式”下拉列表中选择“3D环绕”选项时该按钮方可用。单击该按钮，会弹出如图10.58所示的“环绕设置”对话框，利用该对话框可进行3D环绕切削方式的参数设置。10.4.7精加工浅平面加工图10.58“环绕设置”对话框

精加工交线清角加工用于两个或多个曲面间的交角处加工，主要用于清除曲面交线上残留的材料，并在交角处产生一致的半径，相当于在曲面间增加一个倒圆曲面。在粗加工中，在曲面的交线处刀具路径有时并不处于最佳位置或刀具选择过大，加工完成后在曲面的交线处可能会残留一些材料，此时使用交线清角精加工最为合适。

【例10.11】采用精加工交线清角加工模组加工如图10.63所示的曲面。10.4.8精加工交线清角加工10.4.8精加工交线清角加工图10.63用于加工的曲面

精加工残料加工用于清除先前因用较大直径刀具或因加工方式不合理而遗留下来未切削的残留材料。残料清除精加工就是将这些残余材料去除，是精加工中的一道工序。设置好“曲面精加工残料清角”对话框(如图10.66所示)中的各参数后，单击按钮，即弹出“刀具路径的曲面选取”对话框，在此对话框中选取所需图素，生成残料清除精加工刀具路径。“曲面精加工残料清角”对话框中的“刀具参数”选项卡和“曲面参数”选项卡中的各参数含义与前面的介绍相同。“残料清角精加工参数”选项卡特有的参数含义也与前面的介绍相同，这里只介绍“残料清角的材料参数”选项卡中的特有参数。10.4.9精加工残料加工10.4.9精加工残料加工图10.66“曲面精加工残料清角”对话框

精加工环绕等距加工按照加工面轮廓来生成环绕等距的刀具路径，对曲面进行精加工。在加工多个曲面零件时保持比较固定的残脊高度，与曲面流线加工类似，但环绕等距加工允许沿一系列不相连的曲面产生加工路