07第三章 案例三人体模型多轴编程与加工

人体模型五轴编程与加工

教

师：

[教师姓名]日

期：202X年X月C

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S目录人体模型多轴编程与加工案例01-

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案例概述与模型工艺分析02-

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---工艺规划与装夹方案选择03

加工策略与NX编程基础设置04-

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---多工序刀轨设计与参数设置05-

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----刀轨验证与NC程序生成06

VERICUT多工位仿真07-

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现场加工与零件自检08-

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案例总结与思考题

人体模型三维工程图图例：包含正面、侧面、底部视图及关键尺寸标注

(170mmx95mm)多轴加工典型案例本案例聚焦复杂曲面加工

，核心涵盖驱动面创建与刀轨设计技巧。通过实战演练

，

掌握从几何分析到五轴联动编程的全流程技术要点。模型结构与属性模型由底座和人像两部分组成

，属于典型的工艺品类零件。结构包含多处不规则曲面

，对轮廓精度与整体美观度有较高标准。工艺核心难点核心挑战在于表面质量控制。

工艺规划需在确保极低表面粗糙度（高光效果）

的前提下

，科学平衡加工效率与制造成本。案例概述与模型工艺分析

机械加工工艺过程简卡

材料：

2A12铝合金

(100×70×180)序号

工序名称工序内容

刀具/工具装夹方法设备01备料准备100×70×180长方料，去除毛刺，检查尺寸面铣刀平口钳普铣02五轴加工粗精铣底座及人像各曲面（分两次装夹）圆鼻刀(D10R2)球头刀(D10R5/D4R2)咬合式虎钳

HMC-200i03去夹持位铣切底座预留的4mm咬合夹持位

立铣刀平口钳三轴铣床04检验检测人像总高、底座尺寸及表面粗糙度游标卡尺、深度尺、R规-检验台

工艺路线两次装夹成型分正反两次装夹完成全模型加工

，先粗后精

，平衡加工效率与表面质量要求。

加工设备HMC-200i-AC选用双摆台五轴加工中心

，具备高精度与高刚性

，满足人体模型复杂曲面的多轴联动加工需求。

装夹方案咬合式虎钳采用嵌入式夹持技术

，底座预留4mm夹位

，减少夹具干涉，实现一次装夹五面加工。工艺规划与设备选择开放式五面加工极小的夹持面积使得工件五个面完全暴露

，

刀具可自由触达零件各部位

，避免了传统装夹的干涉问题

，

实现一次装夹多面成型。嵌入式夹持原理虎钳钳口与工件之间形成物理嵌入关系

，仅需极少夹持深度（通常为3mm左右）

即可抵抗强大切削力

，确保加工过程的绝对稳定。效率与精度双重提升显著减少二次装夹带来的定位误差

，

加工效率整体提升30%以上

，特别适用于对表面质量和精度要求极高的五轴精密零件加工。咬合式虎钳装夹方案优势图示：工业级咬合式虎钳在五轴加工中心的实际应用

阶段一：底座加工

(Base

Machining)

01底座粗铣

型腔铣

02夹持位预铣型腔铣

(留4mm)

03侧面精铣

型腔铣策略核心

分步实施：底座定位先行，人像曲面后制。

效率平衡：粗加工快速去除，精加工控制表面质量。

细节完善：针对头部下颚死角进行专项补加工。人像半精铣可变轮廓铣头部/下颚补加工固定轮廓铣人像整体精铣可变曲面区域轮廓铣

04

粗加工人像正反面粗铣型腔铣

(快速去余量)整体加工策略制定阶段二：人像加工

(Portrait

Machining)

07

清角

06

精加工

05

半精加工

创建刀具清单图：第一次装夹MCS坐标系与几何体设置界面

加工环境初始化配置

程序组规划结构半精铣人体模型

两次装夹分别对应

MCS-1与

MCS-2，程序组需严格对应相应的几何体设置，确保加工坐标系正确。 关键参数说明进入加工环境选择

mill_multi-axis

配置。

MCS-1原点设于底座底面中心

，安全平面偏置10mm。指定部件为人体模型，毛坯为对应尺寸实体。

D10R5

D4R2刀具示意图CAM设置mill_multi-axis会话配置cam_generalNX加工基础环境搭建

D10R2

圆角铣刀球头铣刀球头铣刀精铣人体模型粗铣人体模型粗精铣底座去除夹持位图示：蓝色线框显示生成的螺旋进刀与层切刀轨，下方为人体模型毛坯与底座的三维加工场景。 底座粗铣工序

工法选择：型腔铣

(Mill_Contour)，切削模式为

“跟随周边

”。

切削层：最大距离

1.0mm，步距设置为刀具直径的70%。

余量控制：部件侧面留

0.2mm，底面留

4.2mm(含夹持位)。 精铣与进给设置

夹持位精铣：切削层仅在范围底部，预留4mm

夹持位。

侧面精铣：公共每刀切深恒定

10mm，侧面余量为0。

切削参数：主轴转速4800

r/min，进给率

2000mm/min。底座加工刀轨设计与参数设置工序规划/参数优化/刀轨模拟 关键策略参数

切削顺序：选择

“深度优先

”

，减少抬刀次数，提升效率。

进刀类型：封闭区域采用

“螺旋进刀

”

，斜坡角度

3°,高度

1mm。

切削方向：设置为

“顺铣

”，保证加工表面质量。图示：人体模型精铣阶段刀轨与几何体关系66分层策略逻辑：粗加工高效除余量、半精加工控余量、精加工保精度、补加工补漏切。

4.

局部补加工加工工法：局部精铣针对头顶

、

下颚等曲率变化大导致的漏切区

域，采用特定驱动方法进行补充加工。

3.

精铣工序加工工法：可变曲面区域轮廓铣采用小直径球刀高速切削

，确保复杂曲面的最

终尺寸精度与表面光洁度。

1.

粗铣工序加工工法：型腔铣

(Cavity

Milling)采用大直径圆鼻刀

，利用型腔铣策略高效去除

大部分毛坯余量，为后续工序奠定基础。

2.

半精铣工序加工工法：可变轮廓铣重点在于控制刀轴姿态

，修正粗加工残留

，为

精加工预留均匀的0.1mm余量。人体模型零件加工策略制定 快速生成技巧

操作逻辑：直接复制正面粗铣工序，无需重复设置切

削参数。

参数调整：仅需更改刀轴方向，将其设置为垂直于人体模型背面。

效率提升：完整继承转速、进给及切削层设置，大幅缩短编程时间。 参数设置与创建

工序类型：采用型腔铣

(Cavity

Mill)，刀具选用

Φ10R2

圆角铣刀。

刀轴控制：指定矢量方向，确保刀轴始终垂直于人脸正面。

切削参数：切削深度37.5mm

(每刀2mm)

，

S=4800r/min

，

F=2500mm/min。五轴加工刀轨创建：粗铣工序复制策略 核心难点：刀轴姿态控制半精铣的关键在于为精加工预留均匀余量。通过创建驱动体（样条曲线）

来精确控制法向矢量角度

，确保刀轴在复杂曲面上平滑过渡

，避免干涉并优化切削条件。切削模式螺旋

(Spiral)步距数:

100刀轴控制前倾5'/

侧倾10'相对于驱动体五轴加工刀轨创建：

半精铣工序（刀轴控制）工艺编程与仿真刀具规格p10mm球头铣刀投影矢量朝向直线

(Z轴矢量)

图示：半精铣刀轨路径(上)与

UG

NX参数配置窗口(下)

加工余量

工艺参数 刀轨继承与创建复制半精加工刀路

，将刀具更换为

D4mm

球头铣刀。继承原有驱动几何体

，确保加工路径的一致性。 精加工参数设置

残余高度：0.01mm

(极高表面质量)

切削公差：

内/外

0.005mm

主轴转速：

12000

r/min

(高速)

进给速度：2000

mm/min 漏切问题诊断受刀具尺寸（

D4）与曲面曲率限制

，在头顶与颚复杂区域存在加工死角。Q刀轨模拟与缺陷识别蓝色背景下清晰展示了整体刀轨覆盖情况，重点标注了无法完全加工的区域。五轴加工刀轨创建：精铣工序及漏切问题坐标系参考XM/YM/

ZM四图示：人体模型精铣刀轨模拟及未加工区域（漏切）分布图

下颚漏切区头部漏切区下

工序策略采用

固定轮廓铣

+

曲面区域驱动，通过创建专用驱动面解决复杂曲面

漏切。

技术要点

驱动面构建：需覆盖下颚漏切区域

刀轴控制：严格控制投影矢量方向

精度保障：参数设置与头顶精铣保持一致1

头顶局部精铣方案

工序策略采用

固定轮廓铣

+

螺旋驱动方法，针对头顶平缓区域进行高效补加

工。

关键参数

最大螺旋半径：

10mm

切削步距：0.1mm

加工公差：0.005mm

(内外)五轴加工刀轨创建：局部补加工工序2

下颚局部精铣方案左侧：软件操作面板

|右侧：人体模型刀轨模拟视图检查核心问题与优化重点检查是否存在过切（伤及零件本体）

、欠切（余量过多）或碰撞（刀柄/夹具干涉）

，根据结果调整参数直至合格。启动3D动态模拟选择“3D动态

”模式

，设置合适的动画播放速度（建议先慢后快），直观观察刀具切削过程及材料去除情况。选中并确认刀轨在操作导航器中选中所有已生成的五轴刀轨

，确保无遗漏工序，点击

“确认刀轨

”进入验证准备状态。刀轨3D动态验证010203

图示：数控加工中心后处理设置及NC程序生成界面，包含文件路径配置。后处理器选择与配置选用

HMC-200i

五轴加工中心对应的专用后处理文件（

HNC-AC-TT+99.8-0），确保生成的G代码能够正确驱动双摆台机床结构。生成符合规范的NC代码按照工艺顺序依次生成8个独立的NC程序

，代码格式严格遵循

HNC-848

数控系统规范

，包含必要的头尾指令与安全代码。指定路径与程序输出设定标准存储路径（如C:\PROG\RT001~RT008

），执行批量输出操作

，完成从CAM刀轨数据到机床可识别文件的转换。.

.

●

Post

Process-

HMC-200iNC程序生成

夹具模型导入导入

“咬合式虎钳”STL模型文件，设置其在机床工作台的基准位置坐标为

(0,

0,

70)

。

毛坯尺寸与定位创建

100×70×180mm标准方块毛坯，指定工位1的装夹位置坐标为

(50,

-40,

-30)

。 夹具与毛坯物理环境配置 刀具库导入与参数匹配VERICUT仿真准备：夹具、毛坯与刀具系统配置T1

D10R2

圆鼻刀T2

D10R5

球刀T3

D4R2

球刀刀长

:

38mm刃长

:

30mm刀长

:

35mm刃长

:

15mm刀长

:

35mm刃长

:

10mm

导入

人体模型刀具.tls

库，构建BT30规格刀柄。

人体模型精加工仿真结果展示 VERICUT全机床仿真环境与坐标系设置仿真结果综合验证验证多工位加工的连续性

，检查过切与欠切情况。通过仿真结果确认人体模型曲面光洁度及关键部位尺寸，确保最终零件精度符合设计要求。工位1：程序导入与碰撞检查导入RT001~RT003程序

，启动仿真至末端。重点检查刀具与夹具的碰撞干涉

，验证粗加工及半精加工的安全性，确保底座加工无误。VERICUT多工位仿真加工与验证工位2：毛坯流转与坐标变换执

行毛

坯

流

转

设

置

（位

置50,-40,150

，

翻

转180°

)

,添加Csys2坐标系（50,35,5）

，精确模拟调头二次装夹后的加工环境。VERICUT仿真全流程掌握了VERICUT五轴仿真流程

，包括机床模型、夹具、

毛坯及坐标系设置

，验证程序安全性与精度。全流程协同加工深刻理解了工艺规划、

CAM编程、仿真验证三者之间的协同关系

，构建高效高精度的加工逻辑闭环。CAM刀轨创建与优化学会了运用CAM软件创建五轴刀轨

，重点解决了刀轴姿态控制及复杂曲面漏切等核心技术问题。五轴加工工艺制定掌握了复杂曲面零件（人体模型）

的加工工艺制定方法

，明确了从粗加工到精加工的分层策略。本章小结

可视化模拟：利用NX“刀轨可视化

”功能，设置3D动态模式

（动画速度8），直观回放加工过程。

安全校验：使用

“分析

”功能自动检测过切、欠切及IPW碰撞，确保刀轨安全无误。

后处理选择：选用适配HMC-200i五轴加工中心（HNC-848系统）的专用后处理文件。

程序生成：按工艺流程生成RT001-RT008共8个NC程序，严格遵循命名规范。刀轨验证与NC程序生成

刀轨3D动态模拟与分析

后处理与NC程序输出夹具与毛坯导入导

入

咬

合

式

虎

钳STL

模

型

，

定

义100×70×180mm

铝合金毛坯

，并在项目树中精确定位。刀具库数据建立加载专用刀具库文件

，基于

BT30

规格构建刀柄几何参数，确保刀具路径与干涉检查准确。机床与系统配置选用

HMC-200i

五轴机床模型

，加载

HNC-848

数控系统文件，构建高保真虚拟仿真环境。工作坐标系设定配置

G54

工作偏置

，将编程零点映射至机床坐标系，完成虚拟对刀与位置校准。VERICUT仿真基础设置第一工位：底座加工仿真在

仿

真

项目中

配

置G54

工

作

偏

置，依

次

导

入RT001-RT003程序。启动仿真验证底座粗铣及侧面精铣过程

，重点检查刀具与咬合式虎钳的干涉情况，确保首道工序的安全与准确。VERICUT多工位加工仿真01夹具检查与清洁重点检查咬合式虎钳功能完好性

，清理钳口铁屑与油污

，准备好相应的安装工具。量具校准与准备检查游标卡尺、深度尺等量具无损坏；使用前校准零位

，按定置管理要求摆放整齐，确保测量数据准确。刀具检查与清洁按照刀具卡准备刀具及刀柄

，检查刀片磨损与卡簧完好性；严格进行清洁处理，确保与机床准确装配。毛坯规格确认准备

2A12铝合金预加工毛坯

，标准尺寸为

100×70×180mm

，确保表面平整无严重缺陷。现场加工准备

表3-20

零件自检表

单位：

mm3人像底座宽

65

65.04游标卡尺图3-200零件装夹完成状态序号

检测项目规定值自测值量具21人像总高170170.1游标卡尺人像底座长9595.04