复杂型腔零件的数控CAM加工工艺及刀路优化

张红梅 张静科 彭文 李志鹏 赵勇

摘要：复杂型腔零件粗加工采用平面区域粗加工之环切加工，主要目的是提高生产效率、余量均匀等;精加工时，根据零件特征，采用平面轮廓精加工模式，以保证精度和表面质量，为避免过切与让刀，圆弧和拐角适当减小进给速度;采用圆弧进刀和退刀方式。

关键词：型腔零件;数控加工;走刀方式;优化

中图分类号：TG659                                    文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）10-0101-02

0  引言

数控加工是一个复杂过程，因机床、刀具、材料、零件结构不同等因素要求加工人员需采用不同的切削方式、设定不同的切削参数等。数控程序的合理编制，对零件加工效率的高低和加工质量的好坏有直接影响。计算机软件编程是目前数控加工的主流，尤其对于较复杂零件，特别是带有曲面、螺旋线的零件。无论使用哪种软件编程，加工前的工艺分析至关重要，直接决定加工可行性和质量[1]。

1  数控加工工艺流程

CNC机床上对加工零件进行编程前，首先需要完成对加工工艺的编制。因些加工中的所有工序、工步、每道工序的切削用量、进给路线、加工余量和所用刀具的尺寸、类型等都要预先设定好，并编入数控程序中，其工艺主要流程如图1所示。

2  复杂型腔零件加工

型腔主要分矩形型腔和圆形型腔和不规则型腔，是由封闭边界和数目不等的岛屿组成，如图2所示。加工型腔主要是对区域和轮廓（包括边界与岛屿轮廓）的加工。区域是一个有限内部空间，由封闭轮廓和岛屿围成。轮廓用来界定加工区域外部边界;岛屿是一个孤立部分，由封闭轮廓限定，用来屏蔽区域内不需要加工的部分。

在型腔加工过程中，应先加工内部区域，要合理安排效率最佳路线，保证走刀时不碰撞岛屿及内部轮廓，避免出现过切现象，采用环切和行切两种走刀方式，如图3所示。这两种走刀方式主要是尽可能多的切除内部区域的面积，尽量减小重复路线。

加工轮廓时，刀具轨迹如图4所示，要充分考虑轮廓拐角处半径及轮廓与岛屿间的距离，充分利用刀具半径补偿功能，由轮廓向里偏置一个刀具半径R，并为精加工留有一定余量。

就加工效率而言，行切与环切两种进给路线哪个更具优势，与轮廓的具体形状、内部岛屿的形状、数量及分布均有关系。对于特定型腔，具体采用哪种切削方式及进给路线，需综合考虑加工工艺，原则上以切削时间最短作为较优的进给方案[2]。

3  加工实例

本研究以加工如图5所示零件模型为例，利用CAM软件生成其型腔加工轨迹。其中，工件的高度为20，型腔深度为5椭圆长轴15，短轴10，未注圆角为R10，其余尺寸如图6所示。

3.1 粗铣走刀方式及刀路优化

粗铣的目的是尽快去除多余的量，提高加工效率。常用粗铣模式有平面区域粗加工和等高线粗加工两种模式，对于该零件模型，一般较为常用平面区域粗加工方式，该方式主要分环切加工和平行加工，其加工路径如图7所示。

从加工路径图可以看出，环切加工轨迹切削总距离为28863.517mm，轨迹切削时间为14.425分钟;平行加工轨迹切削总距离为29934.599mm，轨迹切削时间为14.96分钟，从加工效率来看，优选环切加工，如表1所示。

3.2 精铣走刀方式及刀路优化

精铣的目的是提高加工精度，在粗铣基础上采用平面轮廓精加工，以保证零件尺寸精度和形状精度，如图8所示。其精加工模式仿真效果如图9所示。

4  结语

复杂型腔零件加工程序主要采用自动编程，粗加工时采用平面區域粗加工之环切加工，主要以提高生产效率、余量均匀等为参考;精加工时，根据零件特征，采用平面轮廓精加工模式，以保证精度和表面质量，为避免过切与让刀，圆弧和拐角适当减小进给速度[3];采用圆弧进刀和退刀方式。

参考文献：

[1]刘文进，李锋.数控铣削高效加工技术与绝技绝招[M].北京：化学工业出版社，2019.

[2]王爱玲，李梦群，冯裕强.数控加工理论与实用技术[M].北京：机械工业出版社，2009.

[3]徐海军，王海英.CAXA制造工程师2013数控加工自动编程教程[M].北京：机械工业出版社，2014.

[4]马光全.基于 UG 模具成型部件 CAM 编程加工方式及刀路优化[J].内燃机与配件，2020（20）：89-90.

[5]汪名松.复杂模具型腔铣削路径规划与实验研究[D].大连：大连理工大学，2017.

[6]吴敏.一种断路器箱体数控加工工艺的研究[D].大连：大连理工大学，2016.