第 9 章曲面铣削

第9章曲面铣削 • 曲面铣削是一种刀具沿曲面外形运动的加工类型，如图9.1所示。加工时机床的X轴、Y轴和Z轴联动。曲面加工主要针对于型腔面、手板模型、复杂零件的半精加工和精加工。曲面铣削的刀具在加工当中下插和上升也要切削，因此曲面铣削刀具主要是球刀。

9.1 曲面铣削基础 • 9.1.1 曲面铣削步骤 • 9.1.2 驱动方法 • 9.1.3 投影矢量

9.1.1 曲面铣削步骤 • 曲面铣削和平面铣削步骤比较类似，不同的是曲面铣削时，软件计算出加工区域的平面轨迹后，再将平面轨迹投影于曲面生成刀具轨迹。具体步骤如下： • （1）设置几何体、刀具、方法等。 • （2）创建曲面铣削操作。 • （3）设置驱动方法。 • （4）生成刀具轨迹。

9.1.2 驱动方法 • 曲面铣削中最重要的一项就是：驱动方法。它是设置切削区域的创建方法、刀具运动的图样（平行、轮廓、周边等）的形式、刀具的步进等。驱动方法是决定曲面加工质量好坏和机床运行效率的高低的重要设置。如果驱动设置不当，零件的加工质量就会有影响严重情况下会造成过切。曲面铣削常见的驱动方法有： • 1．曲线∕点驱动 • 2．螺旋驱动 • 3．边界驱动 • 4．区域铣削驱动 • 5．表面积驱动 • 6．径向切削驱动 • 7．清根驱动

9.1.3 投影矢量 • 投影矢量是指曲面加工生成平面刀具轨迹后，投影到曲面上形成3D刀具轨迹所规定的刀轴矢量，如图9.21图9.22所示。在三轴数控机床里投影矢量默认为机床Z轴；在5轴机床里主轴是可以活动，因此投影矢量可以灵活的调整到最佳的效果。

9.2 边界驱动实例 • 如图9.23所示组成汽车模型的曲面很多，逐一选择加工表面比较麻烦。本节以汽车模型的精加工讲解使用边界驱动方法。

9.2.1 CAM设置 • 本小节模型加工时需要使用的CAM设置是曲面铣削模板，具体步骤如下：

9.2.2 创建几何体 • 汽车模型精加工操作需要设置的几何体有：机床坐标系和切削几何体。具体步骤如下：

9.2.3 创建操作 • 本小节需要创建的固定轮廓铣操作，具体步骤如下：

9.2.4 驱动方法 • 本小节需要设置的驱动方法是边界驱动的参数如边界、步进，具体步骤如下：

9.2.5 刀轨设置 • 本小节的刀轨设置参数只有进给和速度，具体步骤如下：

9.2.6 操作 • 刀轨设置完毕，需要生成刀具轨迹，具体步骤如下：

9.3 区域驱动实例 • 本节实例为汤勺模具，如图9.34所示。其加工区域边缘比较复杂，通过选择边缘比较困难；而加工区域的组成表面比较少，选择比较方便。本节以汤勺模具的精加工讲解使用区域驱动方法。

9.3.1 CAM设置 • 本小节模型加工时需要使用的CAM设置是曲面铣削模板，具体步骤如下：

9.3.2 创建操作 • 本小节需要创建的操作是轮廓区域铣子类型，具体步骤如下：

9.3.3 指定切削区域 • 本小节需要指定的切削区域参考9.3.1小节，具体的步骤如下： • （1）单击切削区域图标，弹出【切削区域】对话框。 • （2）鼠标移动刀工作区，单击要加工的表面。 • （3）单击【确定】按钮，完成退出【切削区域】对话框。

9.3.4 驱动方法 • 本小节需要设置的驱动方法是边界驱动，其中边界驱动内要改变的参数有：步进、角度等，具体步骤如下： • （1）单击【驱动方法】标签，弹出【驱动方法】选项卡。 • （2）单击编辑图标，弹出【区域铣削驱动方法】对话框。如图9.38所示。 • （3）单击步进图标，弹出下拉列表框，切换为恒定模式，输入距离为0.2。 • （4）单击角度图标，弹出下拉列表框，切换为用户定义模式，输入角度为90。 • （5）单击【确定】按钮，完成退出【区域铣削驱动方法】对话框。

9.3.5 刀轨设置 • 本小节的刀轨设置的参数只有进给和速度，具体步骤如下： • （1）单击【刀轨设置】标签，弹出【刀轨设置】选项卡。 • （2）单击进给和速度图标，弹出【进给和速度】对话框。按照图9.39所示输入。 • （3）单击【确定】按钮，完成退出【进给和速度】对话框。

9.3.6 操作 • 刀轨设置完毕，需要生成刀具轨迹，具体步骤如下： • （1）单击【操作】标签，弹出【操作】选项卡。 • （2）单击生成图标，弹出【操作参数错误】对话框。 • （3）根据提示得出安全几何体没有设置，分析原因可能是未设置坐标系内的安全平面。 • （4）双击机床坐标系图标，弹出【机床坐标系】对话框。 • （5）单击安全设置选项图标，切换为【平面】模式。 • （6）单击指定平面图标，弹出平面构造器对话框。鼠标移动工作区，单击汤勺模具最高处，并输入偏置为10。 • （7）单击生成图标，软件计算出刀具的运动轨迹，如图9.43所示。 • （8）单击【确定】按钮，完成退出【轮廓区域铣】对话框。

9.4 螺旋驱动实例 • 本节实例为刹车盘的加工，如图9.44所示。刹车盘为回转体类零件，其表面需要精加工。驱动方法的图样以圆形为最好，如果采用区域驱动、边界驱动的圆形图样都有步进，如图9.45所示。由于在步进处刀具的切削方向突然改变而导致进给速度慢，刀具切削时会在零件表面产生刀痕。本节使用螺旋驱动方法的加工避免刀痕的出现。

9.4.1 CAM设置 • 本小节模型加工时需要使用的CAM设置是曲面铣削模板，具体步骤如下： • （1）启动NX6.0，打刹车盘模型（光盘\Example\ch9\9.4\scmx.prt）。 • （2）单击【开始】|【加工】按钮，进入【加工环境】对话框，弹出【加工环境】对话框对话框。 • （3）单击【CAM会话配置】下拉列表框，选择一般机床（cam_general），【要创建的CAM配置】下拉列表框，选择为曲面铣削（mill_ contour）模板。 • （4）单击【确定】按钮，进入加工环境界面。

9.4.2 创建操作 • 本小节需要创建的固定轮廓铣操作，具体步骤如下： • （1）右击WORKPIECE图标，弹出下拉列表框。 • （2）单击【插入】｜【操作】按钮，弹出【创建操作】对话框，如图9.47所示。 • （3）单击选择固定轮廓铣图标，操作名称默认。 • （4）单击【刀具】按钮，弹出下拉列表框，切换成R5刀具。 • （5）单击【确定】按钮，弹出【固定轮廓铣】对话框，如图9.48所示。

9.4.3 驱动方法 • 本小节需要设置的驱动方法是螺旋驱动，螺旋驱动要设置步进、角度等参数，具体步骤如下： • （1）单击【驱动方法】标签，弹出【驱动方法】选项卡。 • （2）单击方法图标，切换为【螺旋式】方法，弹出【螺旋式驱动方法】对话框。如图9.49所示。 • （3）单击自动判断图标，切换为【圆心】模式，指定的点在刹车盘的上表面圆心上。 • （4）输入最大螺旋半径为刹车盘半径109。 • （5）单击步进图标，弹出下拉列表框，切换为恒定模式，输入距离为0.2。 • （6）单击【确定】按钮，完成退出【螺旋式驱动方法】对话框。

9.4.4 刀轨设置 • 本小节的刀轨设置内容只有进给和速度，具体步骤如下： • （1）单击【刀轨设置】标签，弹出【刀轨设置】选项卡。 • （2）单击进给和速度图标，弹出【进给和速度】对话框。按照图9.50所示输入。 • （3）单击【确定】按钮，完成退出【进给和速度】对话框。

9.4.5 操作 • 刀轨设置完毕，需要生成刀具轨迹，具体步骤如下： • （1）单击【操作】标签，弹出【操作】选项卡。 • （2）单击生成图标，软件计算出刀具的运动轨迹，如图9.51所示。 • （3）单击【确定】按钮，完成退出【固定轮廓铣】对话框。

9.5 曲线驱动实例 • 本节曲线驱动实例，如图9.52所示。模型半球面上沿曲线加工除X字样凹槽，深度为1毫米。毛坯已进行开粗加工，过程毛坯（IPW）如图9.53所示。

9.5.1 加工工艺分析 • 模型要加工的内容为：精加工表面和曲线凹槽加工。其中精加工表面使用区域驱动方法加工，切削模式采用径向往复，避免同心模式造成的平坦与陡峭余量不均的问题。曲线凹槽使用曲线／点驱动方法加工，具体加工工艺如下： • 1．精加工表面 • 精加工表面的加工工艺为： • 装夹：组合夹具。 • 刀具：R5球刀。 • 切削用量：主轴转速3000r/min，进给量2000mm/min。 • 2．曲线凹槽加工 • 曲线凹槽的加工工艺为： • 刀具：R1球刀。 • 切削用量：主轴转速4000r/min，进给量600mm/min。

9.5.2 创建片体 • 由于曲线／点驱动方法产生的刀具轨迹刀具只能在零件表面运动，不能切入零件内部。因此本例需要向内偏置球面1毫米，得到的片体为刀具的运动表面。使刀具深入零件表面1毫米，解决切入深度的问题，创建片体的具体步骤如下：

9.5.3 创建几何体 • 模型需要设置的几何体只有部件几何体，具体步骤如下： • （1）单击【开始】|【加工】按钮，进入【加工环境】对话框。 • （2）单击【菜单栏】｜【插入】｜【几何体】按钮，弹出【创建几何体】对话框，如图9.48所示。 • （3）单击WORKPIECE图标，弹出【工件】对话框。 • （4）单击指定的部件图标，弹出【部件几何体】对话框。鼠标移动到工作区，单击偏置的片体。 • （5）单击【确定】按钮，完成退出【部件几何体】对话框。 • （6）单击【确定】按钮，完成退出【工件】对话框。

9.5.4 精加工表面操作 • 本小节需要精加工出球面，球面的斜度变化很大。为了避免刀具轨迹的不均匀，因此采用径向往复切削模式路线，具体步骤如下： • 1．创建操作 • 2．指定切削区域 • 3．驱动方法 • 4．进给和速度 • 5．操作

9.5.5 曲线凹槽加工 • 本小节需要加工的是曲线凹槽，采用的刀具是R1球刀，具体步骤如下： • 1．创建操作 • 2．驱动方法 • 3．进给和速度 • 4．操作

9.6 表面积驱动实例 • 如图9.69所示，手轮模具尺寸为270×270×35。毛坯已进行半精加工，材料为P20+Ni表面氮化处理，氮化后的余量是0.15，硬度为HRC48，要求加工其型芯曲面部分。

9.6.1 加工工艺分析 • 通过已知条件得出，手轮模型的硬度大、加工面积大。由于加工的区域的不规则，磨加工无法进行，放电加工成本比较高、周期长。因此采用高速切削，使用高硬度、耐磨涂层刀具。切削参数上采用小切削量、快速进给、刀具高速转动，完成手轮模型的加工。 • 零件要加工的曲面一共是9个，其中有些面形状一样。为了避免高速加工时过切，加工区域分为3组：环面加工、扇面加工、管面加工，如图9.70所示。然后使用变换功能剩下的2个阵列扇面操作和2个管面操作。

9.6.2 环面加工 • 环面的加工采用区域驱动子类型。切削模式的图样为同心圆使切削步长为最长距离，因此进给速度可以更快，从而机床加工效率提高。 • 1．创建操作 • 2．指定切削区域 • 3．驱动方法 • 4．进给和速度 • 5．操作

9.6.3 扇面加工 • 扇面的加工采用表面积驱动方法。由于表面积驱动对加工面选择方式的严格要求，不能同时选择3个面，因此先做出一个面的操作之后，再变换出剩下2个面的操作完成扇面的加工。 • 1．创建操作 • 2．驱动方法 • 3．进给和速度 • 4．操作

9.6.4 管面加工 • 管面加工和扇面加工一样采用表面积驱动。因此可以复制扇面加工的操作，修改参数得到管面操作，再变换出剩下2个面的操作，完成管面的加工。 • 1．创建操作 • 2．驱动方法 • 3．进给和速度 • 4．操作

9.6.5 变换操作 • 手轮模具加工面以环形阵列分布，为了节省编程时间剩下的两个扇面、管面的加工，分别采用变换（绕点旋转）完成操。由于变换步骤相同，本例只讲解扇面的变换，管面加工变换不在祥述，具体扇面绕点旋转的步骤如下： • （1）右击FIXED_CONTOER，弹出下拉列表框。 • （2）单击【对象】︱【变换】按钮，弹出【变换】对话框。 • （3）单击【类型】按钮，弹出下拉列表框，切换为【绕点旋转】模式。如图9.88所示。 • （4）单击指定枢纽图标，指定旋转点为孔的圆心。 • （5）单击【实例】单选按钮，输入实例数为2。 • （6）单击【确定】按钮，完成退出【变换】对话框，软件计算出刀具的运动轨迹。 • （7）同样的步骤做完管面加工变换，手轮模具所有的加工操作，如图9.89所示。

9.7 练习题 • 1.曲面加工和等高加工的区别？ • 2.简单说明驱动方法的含义与适用的加工范围？ • 3.加工区域的对象的同样是都是表面，请讲解区域驱动方法与表面积驱动方法的区别？ • 4.在一块有机玻璃上铣出如图9.90所示模型（光盘\Example\ch9\9.7\xmx.prt），材料尺寸为95×80×15。需要完成的内容有加工出型腔，文字和边缘倒角。 • 提示：型腔和文字都使用曲面加工模板，倒角使用平面铣模板。

第 9 章 曲面铣削