第4章 型腔铣和深度加工轮廓

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。

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4－1所示。

表4-1型腔铣的加工工艺方案

工序号 10 加工内容 下料500×200×55 铣六面体500×200×55，保加工方式 铣削 留余量 侧面/底面 0.5 0 机床 铣床 刀具 铣刀φ32 铣刀φ32 夹具 压板 20 证尺寸误差0.3以内，两面平行度小于0.05 在后模底面攻4个辅助安装铣削 铣床 压板 加工 中心 组合夹具 30 螺丝孔，将工件安装到底板上，然后压紧在工作台上 30.01 后模型腔的开粗 型腔铣加工 0.35/0.15 平铣刀φ25 4.4.2粗加工

步骤01：单击【打开】按钮

，弹出【打开】对话框，如图4-23所示。选择附书光盘中

的“\\part\\4\\4-1.prt” 文件，单击OK按钮。

图4-23 【打开】对话框

步骤02：初始化加工环境。选择菜单【开始】→【加工】命令，系统弹出【加工环境】对话框，如图4-24所示。进入【CAM设置】，选择“mill-contour”,单击进入加工环境。

步骤03：设定操作导航器。单击界面右侧资源条中的【操作导航器】导航器，在【导航器】工具条中单击【几何视图】

按钮，打开操作按钮后，

按钮，如图4-25所示。

图4－24【加工环境】对话框 图4－25 操作导航器_几何视图

步骤04：设定坐标系和安全高度。在操作导航器中，双击坐标系，打开

MILL_ORIENT对话框,如图4-26所示。指定MCS加工坐标系，单击零件的顶面，将加工坐标系设定在零件表面的中心。

图4－26【加工坐标系】对话框

在选择【间隙】选项下，在【安全设置选项】选取“平面”，并单击【指定平面】按钮，弹出对话框。单击零件顶面，并在 【偏置】文本框输入“20”，即安全高度为Z20，单击

按钮，完成设置，如图4-27所示。

图4－27【平面构造器】

步骤05：创建刀具。单击【插入】→【创建刀具】默认的【刀具子类型】为铣刀单击

命令，打开【创建刀具】对话框，

，在【名称】文本框中输入“D25”，如图4-28所示。

按钮，打开刀具参数对话框，在【直径】文本框中输入“25”，如图4-29所

示。这样就创建了一把直径为25mm的平铣刀。

图4-28 【创建刀具】对话框 图4-29 刀具参数对话框

步骤06： 创建几何体。在操作导航器中单击前的“+”号，展开坐标系父节

按钮，打按钮回到【铣

点，双击其下的WORKPIECE，打开【铣削几何体】对话框，单击【指定部件】开【部件几何体】对话框，在绘图区选择后模作为部件几何体，单击削几何体】对话框。

步骤07： 创建毛坯几何体。在【铣削几何体】对话框中单击【指定毛坯】开【毛坯几何体】对话框。选择“自动块”单选按钮，如图4-30所示。单击两次钮，返回主界面。

按钮，打

按

图4-56 【切削层】对话框

工程提示：前一工序型腔铣已加工到台阶平面，现顶层是台阶平面以上位置，这

样可以接刀，有一定的过渡区域，使加工表面光顺。在结束加工位置增加层也有使加工表面光顺的作用。

步骤03：设定进刀参数。单击【非切削移动】

按钮，弹出对话框，选择【进刀】选项

卡。如图4-57所示。在【开放区域】选项里，【进刀类型】设置为“圆弧”，【半径】设置为“15”，【圆弧角度】设置为“90”，【高度】设置为“1.5”【最小安全距离】为“15”，按按钮完成设置。

图4-57【非切削移动】对话框

步骤04：生成刀位轨迹。单击【生成】如图4-58所示。

按钮，系统计算出【型腔铣】加工的刀位轨迹，

图4-58 型腔铣的刀位轨迹

4.5.4 粗加工（3）

步骤01：复制粗加工的型腔铣操作。在操作导航器中，在已生成的型腔铣操作上单击右键，

在打开的菜单中选择【复制】命令，再次在型腔铣操作上单击右键，在打开菜单中选择【粘贴】命令，则复制一个型腔铣操作，如图4-59所示。

图4-59 复制粗加工的型腔铣

步骤02：修改刀具。在型腔铣主菜单中，单击组选项卡，选择【刀具】选项，选择前面建立的刀具“D17R0.8”，如图4-60所示。

图4-60 修改刀具

步骤03：修改切削参数。在【切削参数】选项中，单击【空间范围】选项卡，在 【处理中的工件】选项中选择“使用3D”，如图4-61所示。

图4-61 【空间范围】选项

步骤04：指定修剪边界。在【建模】应用模块下，提取边缘线并投影在XC—YC表面。然后连结成封闭线。返回到【加工】应用模块下，在型腔铣主界面单击【修剪边界】弹出对话框，如图4-61所示。选择曲线边界，选择前面建立的封闭线。【平面】选择“自动”，【修剪侧】选择“外部”。修剪边界如图4-62所示。

图4-61 【修剪边界】对话框 图4-62 指定修剪边界

工程提示：选择“使用3D”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。指定修剪边界，用于进一步控制刀具的运动范围，提高加工效率。

步骤05：修改切削层的全局每刀深度。【全局每刀深度】设置为0.25mm。

步骤06：修改进刀参数。选择【进刀】选项卡。如图4-62所示。在【开放区域】选项里，【进刀类型】设定为“圆弧”，【半径】设定为“5”，【圆弧角度】设定为“90”，【高度】设定为“1.5”，【最小安全距离】设定为“5”，按按钮完成设置。

图4-63 进刀参数参数设置

步骤07：生成刀位轨迹。单击【生成】如图4-64所示。

按钮，系统计算出【型腔铣】加工的刀位轨迹，

图4-64 型腔铣刀位轨迹

4.5.5 半精加工

步骤01：复制粗加工的型腔铣操作。在操作导航器中，在已生成的型腔铣操作上单击右键，在打开的菜单中选择【复制】命令，再次在型腔铣操作上单击右键，在打开菜单中选择【粘贴】命令，则复制一个【型腔铣】操作，如图4-65 所示。

图4-65 复制粗加工的型腔铣

步骤02：修改切削模式。在切削模式选项中选择“配置文件”， 【部件侧面余量】和【部件底面余量】设置为“0.15”，其他设置如图4-66所示。

图4-66修改切削模式

步骤03：修改切削层。在主界面单击切削层按钮，打开【切削层】对话框，【全局每刀深度】设定为“0.25”,设定层的范围如图4-67所示。

图4-67 【切削层】对话框

步骤04：修改空间范围参数。在切削参数选项中，单击【空间范围】选项卡，在【处理中的工件】选项中选择“无”，如图4-68所示。

图4-68【空间范围】选项卡

步骤05：修改进刀参数。选择【进刀】选项卡。如图4-69所示。在【开放区域】选项里，【进刀类型】设置为“圆弧”，其他设置如图4-69所示，按按钮完成设置。

图4-69【进刀】选项卡

步骤06：生成刀位轨迹。击【生成】4-70所示。

按钮，系统计算出型腔铣加工的刀位轨迹，如图

图4-70 型腔铣加工的刀位轨迹

4.5.6 前模陡峭面的精加工

步骤01：创建深度加工轮廓铣。单击【插入】→【创建操作】按钮，打开【创建操作】对话框，如图4-71所示。在【类型】下拉列表中选择“mill-contour”,修改位置参数，填写名称，然后单击ZLEVEL_PROFILE 图标，打开【深度加工轮廓铣】对话框。

步骤02：指定部件。在主界面中，单击指定部件图标

，弹出【部件几何体】对话框，

，弹出【切削区域】对

图4-71 【创建操作】对话框 图4-72【部件几何体】对话框

如图4-72所示。单击前模型芯，按确定按钮返回主界面。 步骤03：指定切削区域。在主界面中，单击指定切削区域图标话框。在前模型芯上指定切削区域，如图4-73 所示。

图4-73【切削区域】对话框

步骤04：设定陡峭空间范围。在【陡峭空间范围】选项中指定“仅陡峭的”，【角度】指定为“50”度，其他选项设定如图4-74所示。

图4-74 设定【陡峭空间范围】

步骤05：切削层的设置。在主界面中，单击【切削层】图标设定【全局每刀深度】为“0.15”,如图4-75所示。

，弹出【切削层】对话框。

图4-75【切削层】对话框

步骤06：设定连接。在【切削参数】对话框中，单击【连接】选项卡，在【层到层】选项中选择【直接对部件进刀】，如图4-76所示。

图4-76 【连接】选项参数

步骤07：设定切削策略。单击切削参数按钮，打开【切削参数】对话框，在【策略】选项卡中设置【切削方向】为“混合”，【切削顺序】为“深度优先”。在“边上延伸刀轨”，距离为“1mm”。如图4-77所示。

图4-77 【切削参数】对话框

步骤08：设定切削余量。在【切削参数】对话框中，单击【余量】选项卡，修改【部件侧面余量】为0.035mm，【部件底部面余量】为0.05mm。【内公差】和【外公差】设置为0.01 mm。如图4-78所示，单击按钮。

图4-78 【余量】选项参数

步骤09：进刀的设置。在主界面中单击【非切削移动】图标，弹出【非切削移动】对话框。在【开放区域】中【进刀类型】设定为“圆弧”，【半径】设定为“10”，【圆弧角度】设定为“90”，【高度】为“0.5”【最小安全距离】设定为“1”，如图4-79 所示。

图4-79 【非切削移动】对话框

步骤10：设定进给和速度。【主轴速度】设置为“3500”，【切削速度】为“2200”，其他参数设置如图4-80所示。

图4-80 【进给和速度】对话框

步骤11：生成刀位轨迹。单击【生成】如图4-81所示。

按钮，系统计算出深度加工轮廓的刀位轨迹，

图4-81 深度加工轮廓的刀位轨迹

4.6 本章小结

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。

4.7 思考题和练习

4.7.1 思考题

1、型腔铣与平面铣的区别是什么？ 2、深度加工轮廓铣与型腔铣的区别是什么？

4.7.2 练习题

1、打开附件光盘文件：\\exercise\\4\\4-1.prt，该工件是一个滑块，利用型腔铣和深度铣加工路径对习题4-1所示的实体进行粗精加工，并生成NC代码。

习题4-1

2、打开附件光盘文件：\\exercise\\4\\4-2.prt，该工件是前模，利用型腔铣和深度铣加工路径对习题4-2所示的实体进行加工，并生成NC代码。

习题4-2

3、打开附件光盘文件：\\exercise\\4\\4-3.prt，该工件是一个后模，利用型腔铣和深度铣加工路径对习题4-3所示的实体进行加工，并生成NC代码。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/c4ra.html