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1、第4章 型腔铣,型腔铣的加工原理与平面铣一样，即切削运动只有X轴和Y轴运动，没有Z轴的运动，通过刀具的X轴和Y轴运动形成的刀轨逐层去除材料。该加工方法适用于有曲面或斜度的壁和轮廓的型腔、型芯零件。型腔铣最常用的加工子类型为型腔铣和等高轮廓铣，前者常用于粗加工，后者用于半精或精加工。,本章重点型腔铣的概念创建建型腔铣工序的步骤型腔铣的几何体定义型腔铣工序的工艺参数设置,4.1 入门引例,4.1.1 工艺准备 (1) 进入加工环境 单击 “开始” “加工”菜单，切换到加工环境，如图所示。如果是第一次进入加工环境，则NX将弹出“CAM加工环境”对话框。,完成加工环境初始化后，在“导航器”工具栏中单击
2、“几何视图”图标，切换视图为“几何视图”模式，双击导航器中的“MCS_MILL”图标，弹出的“Mill Orient”对话框，指定在零件上顶面作为MCS，建立机床坐标系。,建立机床坐标系,（2）建立机床坐标系,（3）创建几何体,在“几何视图”中双击“WORKPIECE”图标，在弹出的“铣削几何体”对话框中单击“指定部件”按钮，选取模型文件，然后单击“确定”按钮，返回“铣削几何体“对话框”。,单击“指定毛坯”按钮，在弹出的对话框中选择类型为 “包容块”，单击“确定”按钮返回到“铣削几何体”对话框。再单击“确定”按钮退出“铣削几何体”对话框。单击“几何视图”中双击“WORKPIECE”图标，在弹出
3、的“铣削几何体”对话框中单击“指定部件”按钮，选取模型文件，然后单击“确定”按钮，返回“铣削几何体“对话框”。,（4）创建刀具,单击“创建刀具”按钮，弹出“创建刀具”对话框，将刀具名称改为D12，单击“确定”按钮。在弹出“铣刀-5参数”对话框中修改默认铣刀参数。,创建刀具,定义刀具参数,（5）创建方法,在方法子类型中选择“MILL_METHOD”图标，在“方法”/“位置”下拉列表中选择“MILL_ROUGH”，名称改为“MILL_METHOD_ROUGH”。单击“确定”按钮，在弹出的“铣削方法”对话框中设置粗加工参数。单击“确定”按钮接受所设定的参数并退出对话框。,创建方法,设置粗加工参数,单
4、击“创建工序”按钮，弹出“创建工序”对话框。,（6） 创建工序,创建工序对话框,在弹出的“型腔铣”对话框中，根据加工要求和零件特点，在“刀轨设置”、“机床控制”等选项组进行工艺设置，然后单击“生成” 按钮，将生成刀具路径，并单击“确认刀轨”按钮 ，以实体方式进行加工切削仿真。经过验证如果刀具路径没有问题，即可进行相应的后处理，生成加工代码。,型腔铣工艺设置,4.2型腔铣概述,型腔铣用于对曲面或者有斜度的壁和轮廓的型腔、型芯进行加工。,4.2.1 型腔铣,型腔铣用于创建粗加工型腔或型芯区域的刀具路径。根据型腔或型芯的形状，将要加工的部位在Z轴方向上分成多个切削层进行切削，每一切削层可以指定不同的
5、深度，完成复杂零件表面的加工。,型腔铣和平面铣都是由多个垂直于刀轴矢量的平面与零件表面求出交线，将交线偏置出刀具半径值得到刀具路径。,型腔铣和平面铣的相同点,两种操作的刀轴都是固定的，并且垂直于切削平面；都可去除垂直于刀轴矢量的切削层中的材料。两种操作的刀具路径使用的切削方法也基本相同。两种操作的开始点控制选项、进退刀选项也完全相同，都提供多种进退刀方式。其他参数选项，如切削参数选项、拐角控制选项、避让几何选项等也基本相同。 型腔铣和平面铣在定义材料和切削深度的方法上有所不同：定义材料。平面铣使用边界来定义零件材料；型腔铣使用边界、面、曲线和实体来定义零件材料。切削深度定义方式。平面铣通过指定
6、的边界和底面的高度差来定义切削深度；型腔铣是通过毛坯几何和零件几何来共同定义切削深度，并且允许用户自定义每个切削层的深度。,4.2.2 型腔铣子模板类型,4.3 创建型腔铣工序,型腔铣工序定义的一般步骤是首先定义要加工的零件几何体，然后根据零件的形状指定合适的切削方式，再设置一些必要的加工参数，最后生成刀具路径并对生成的刀具路径进行模拟验证。,4.3.1 创建型腔铣工序,1.创建工序对话框,初始化加工环境后，采用与创建平面铣操作相同的方法，可弹出“创建工序”对话框。在“类型”下拉列表框中选择型腔铣模板零件，则“创建工序”对话框，可以选择适当的子类型创建型腔操作。,2.型腔铣操作对话框,在“创建
7、操作”对话框中，选择一种操作模板，如“型腔铣”图标 , ，指定好父节点组，单击【确定】或“应用”按钮，弹出型腔铣操作对话框。在操作对话框中指定参数，这些参数都将对刀具路径产生影响。在对话框中需设定加工几何对象、切削参数、控制选项等参数，很多选项需要通过二级对话框进行设置。,3.生成型腔铣操作刀具路径,在型腔铣操作对话框中指定了所有参数后，单击对话框底部的“生成刀具路径”图标 ,即可生成刀具路径。单击“确定”按钮保存生成的刀具路径，完成型腔铣操作的创建。,4.3.2创建型腔铣一般步骤,创建型腔铣操作时，需首先定义要加工的零件几何体，然后根据零件的形状指定合适的切削方式，再设置必要的加工参数，最后
8、生成刀具路径，并对生成的刀具路径进行模拟验证。,1.定义加工零件几何体 型腔铣操作一般需要定义零件几何体和毛坯几何体。 2.指定合适的切削方法 型腔铣有7种切削方法可用，包括切削整个切削区域、区域轮廓、封闭区域、封闭区域或开放区域。 3.设置必要的加工参数 加工参数包括切削参数、切削深度、进给量、避让几何、拐角、机床控制以及进退刀运动等参数。 4.生成刀具路径并进行仿真模拟 设置好所有参数后，就可以生成刀具路径。并进行仿真模拟。,4.4 加工几何体,在型腔铣的每一个切削层中，刀具能切削零件而不产生过切的区域称为加工区域。刀具进入这些区域里以切除零件的余料，但不能过切零件，型腔铣的加工区域是由曲
9、面或者实体几何来定义的。几何体主要包括部件几何体、毛坯几何体、检查几何体、切削区域、修剪边界几何体等几种类型 。,4.4.1 型腔铣工序的几何体,型腔铣操作对话框中的创建几何体图标包括：指定部件，指定毛坯 ，指定毛坯 ，指定切削区域和指定修剪边界 。可分别定义零件几何体、毛坯几何体、检查几何体、切削区域和修剪几何体。选择这些几何体，可定义和修改型腔铣操作的加工区域。零件几何体、毛坯几何体和检查几何体的定义方法与平面铣相同。在这里只介绍前面没有叙述过的切削区域和修剪几何。,1.指定部件几何体,部件几何体定义加工完成后的零件，即最终产品。通过指定部件几何体的选择，能够选择要加工零件的轮廓曲面，可以
10、通过选择过滤器选择需要的面、平面、实体、片体、曲线等来定义部件几何体。在“型腔铣”对话框中的“几何体”选项组中单击“指定部件几何体”按钮，系统弹出“部件几何体”对话框。用户可以选择要加工的部件，单击“确定”按钮完成选择。,2.毛坯几何体与检查几何体,毛坯几何体是指要加工的部件的毛坯材料。型腔铣的毛坯几何体的定义方法与平面铣定义方法相同。检查几何体定义刀具在切削过程中要避让的几何体，如夹具或已经加工过的重要表面等。在型腔铣中定义检查几何体的方法与平面铣相同。,3.指定切削区域,指定切削区域用来创建局部的刀具路径。可以选择零件表面的某个面或面域作为切削区域，而不必选择整个零件（当然可以选择整个零件
11、，如果需要这样做的话），这样就可以省去先创建整个零件的刀具路径，然后使用修剪功能对刀具路径进行进一步编辑的操作。,4.修剪边界,修剪边界可用于将刀具路径包含在特定的区域内，通过把裁减侧指定为内部或外部（对于闭合边界），或指定为左侧或右侧（对于开放边界），可以定义要从操作中排除的切削区域的面积。在修剪几何定义时，还可以在切削参数对话框中指定一个修剪余量，控制刀具与修剪几何体的距离。刀具在运动时总位于修剪几何上，也就是刀具中心沿刀轴方向与修剪边界重合，不能指定刀具与修建几何相切。在“型腔铣”对话框中单击“指定修剪边界”图标 ，弹出 “修剪边界”对话框。可以选择平面、曲线或通过点连成直线来定义修剪区
12、域。以下根据面边界，曲线和点方法分别加以说明。,4.5型腔铣的工艺参数设置,型腔铣应用非常广泛，如何确定型腔铣的加工工艺参数成为一个很关键的问题。如果选择不当,不但会影响所加工零件的尺寸精度,还会给数控机床带来不必要的损坏。,4.5.1型腔铣切削层设定,型腔铣是水平切削操作，每一层刀轨都在同一平面上。可以单独指定切削平面，切削平面决定刀具的背吃刀量。切削层的参数包括总深度和每层深度间距。 在设置型腔铣参数时，切削层是为型腔铣操作指定型腔铣平面，直接决定选项加工的成败和优劣。 在指定了部件几何体后，“切削层”按钮将被激活。单击“型腔铣”对话框中的“刀轨设置”选项组的“切削层”按钮 ，NX将弹出“
13、切削层”对话框。,4.5.2 设置型腔铣切削参数,与平面铣相比，型腔铣主要增加了延伸刀轨、空间范围、容错加工、防止底切等等选项，这些选项分别位于 “策略”、“余量”和“更多”选项卡上面。,1.“策略”选项中的“延伸刀轨” 策略是指加工路线的总体设计，对加工结果起着导引作用。 延伸刀轨是指刀路轨迹在一个切削区域的边界延长一段距离，使刀具超出工件切削区域外部边缘以加工部件边缘剩余材料。还可以用延伸刀轨选项在刀路起点和终点添加切削运动（其实此时的切削运动仅仅是刀具的运动，有可能还没有碰到工件），以确保刀具平滑进入和退出工件。指定的这段距离使得刀轨在切入点进行减速切入，这样做就可以使得刀具加工工件时，
14、避开刀轨直接切入工件，有利于提高刀具寿命。,2.余量 在“余量”选项卡中默认是勾选了“使用底部和侧壁余量一致”复选项，即底面余量与侧壁余量相等，不需要单独设置底面余量；否则需要用户特别指出底面加工余量。,3.空间范围,型腔铣“空间范围”选项中的各项参数设置。,4.6 型腔铣实例,4.6.1 工艺分析及加工步骤,型腔铣分步完成倒圆角和凸台圆弧粗加工，加工出模型外形的大致轮廓，然后进行等高轮廓铣加工8个凸台圆弧部分。,1.型腔铣对模型进行开粗加工,选用D20R3的端铣刀，部件余量为1mm。2.对模型进行粗加工铣去上一次剩余的材料，型腔铣或剩余铣。选用D10R1端铣刀，部件余量为1mm。3.对模型进
15、行拐角粗加工选用D4的球头铣刀，部件余量为1mm。4.对模型的顶面和底面进行光底精加工选用D15R0的端铣刀，壁余量为1mm，部件余量为0。5.等高轮廓铣对模型型面进行精加工。选用D1.75的球铣刀，部件余量为0mm。,4.6.2 CAM操作步骤,1.初始化加工环境 单击“开始”按钮，选择“加工”功能模块，如果是第一次进入加工环境，此时将弹出“加工环境”对话框，在上半部分“CAM会话设置”选项组中选择“cam_general”,在下半部分的“要创建的CAM设置”选项组中选择“mill_contour”(第二个选项)。,2.创建刀具 单击“刀片”工具栏上的“创建刀具”按钮, ，弹出“创建刀具”对
16、话框，修改默认名字为“T1D20R3”，位置为“MCT_POCKET_01”，单击“确定”按钮，弹出“铣刀5-参数”对话框，设置数据刀具直径D=20mm，圆角半径R=3mm，刀具长度L=55，刃口长度FL=38mm，刀刃数量为“2”，刀具号为“1”，补偿寄存器和刀具补偿寄存器编号均为“1”，,5.分别为刀槽ID创建对应的刀具（1）为刀槽ID=2创建“5参数”铣刀“T2D10R1”D=10，R=1，L=30,FL=22，刀具号为2，刀刃数为4，参数设置如图4-43a所示。（2）为刀槽ID=3创建球头铣刀“T3D4”球直径D=10，锥角B=0，长度L=16,刀刃长度FL=6，参数设置如图4-43b
17、所示。（3）为刀槽ID=4创建“5参数”铣刀“T4D15R0”直径D=15，底面圆角半径R=0，长度L=75,刀刃长度FL=38，刀刃数为2，参数设置如图4-43c所示。（4）为刀槽ID=5创建球头铣刀“T5D1.75”球直径D=1.75，锥角B=0，长度L=57，刀刃长度FL=45，刀刃数量为2，参数设置如图4-43d所示。,6.定义机床坐标系和安全平面 在“导航器”工具栏中单击“几何视图”,图标，切换“工序导航器”视图为“几何视图”模式，然后双击导航器视图中的“MCS_MILL” ，弹出“铣削方位”对话框，如图4-44所示。单击“指定MCS”图标 ，选择ZM坐标箭头，在“距离”文本框中输入
18、“41.5”，如图4-45所示。在“铣削方位”对话框中，在“安全设置选项”列表中选择 “平面”，单击“指定平面” ，在弹出的“平面”对话框中的“类型”列表下选择“按某一距离”，选择部件顶面，在距离里输入“10”，如图4-46所示，然后连续单击“确定”按钮两次，这样就建立了一个距离顶面10mm的安全平面。,7.创建几何体在“工序导航器视图”中单击“MCS_MILL”前面的“+”号，展开后双击“WORKPIECE” ，弹出“铣削几何体”对话框。单击“指定部件”图标 ，选择模型文件作为部件几何体，单击“确定”按钮接受选择并返回“铣削几何体”对话框。单击“指定毛坯”图标 ，在弹出的“毛坯几何体”对话框
19、的“类型”下拉列表中选择“包容块”，在+ZM文本框中输入“5”，将创建一个大小包容模型零件的块作为毛坯，毛坯顶面比零件高5mm。单击“确定”按钮，接受“毛坯几何体”选择，单击“确定”按钮，接受“铣削几何体”的选择。,8.设置“首选项”在菜单“首选项”“加工”中，弹出“加工首选项”对话框，单击“操作”选项卡，在最底下的“加工数据”选项组中，选择 “在加工中自动设置”复选项，单击“确定”按钮。,9.创建”粗加工“工序 在工具栏中单击“创建工序” ，选择子类型“CAVITY_MILL” ，即选择型腔铣对模型进行粗加工，逐层去除材料。指定程序为“PROGRAM”，刀具为“T1D20R3”，几何体为“W
20、ORKPIECE”，方法为“MILL_ROUGH”。单击“确定”按钮，弹出“型腔铣”对话框，均保持默认值，单击“生成” ，将生成刀轨路径，,10.调用NX刀库刀具 在工具栏中单击“创建刀具” ，单击“从库中调用刀具” 。在弹出的“库类选择”对话框中，单击 “+” 号，展开“铣”刀具库，双击“端铣（不可转位）”， 在弹出的“搜索准则”对话框中的“直径”文本框中输入“10”，单击“确定”按钮进行匹配搜索。在“搜索结果”对话框中选择“UGT0201_087”，单击“确定”按钮完成刀具调用。在创建刀具对话框中单击“取消”。刀具已经被调用并放置在下一个打开的刀槽中。单击机床视图，刀具出现在第二个刀槽中。
21、,11.去除粗加工剩余材料 单击工具栏中的“创建工序” ，选择“mill_contour（型腔铣)”子类型“CAVITY_MILL” ，指定程序为“PROGRAM”，刀具为刚刚从NX刀库中选择调用的“UGT0201_087”，几何体为“WORKPIECE”，方法为“MILL_ROUGH”，名称输入“REST_MILL”，单击“确定”按钮。在弹出的“型腔铣”对话框的“刀轨设置”选项组，单击“切削参数” ，单击“空间范围”选项卡。从“处理中的工件”列表中选择“使用基于层的”。单击“确定”按钮，接受“切削参数”对话框的设置。单击“生成”按钮 ，单击“确定”按钮完成设置并生成了刀轨。本工序是为了去除粗
22、加工剩余材料。,12.清理拐角 在此工序中将清理前面工序刀具无法加工的小拐角，因此需要使用直径比较小的刀具进行加工。,（1）调用刀具 在工具栏中单击“创建刀具”按钮 ，单击“从库中调用刀具” 。在弹出的“库类选择”对话框中，单击 “+” 号，展开“铣”刀具库，双击“球头铣（不可转位）”， 在弹出的“搜索准则”对话框中的“直径”文本框中输入“4.0”，单击“确定”按钮进行匹配搜索。在“搜索结果”对话框中选择“UGT0203_059”，单击“确定”按钮完成刀具调用。在创建刀具对话框中单击“取消”。刀具已经被调用并放置在下一个打开的刀槽中。单击“机床视图”，会发现刀具出现在第三个刀槽中。,（2）刀具
23、修改切换“刀机床视图”，在“工序导航器中”，双击“UGT0203_059”，弹出刀具定义窗口，用户可以对刀具进行编辑修改。在此例中需要修改刀具的材料。单击“材料”,选择“TMCO_00021”，将刀具材料改为高速加工钛为镀层的球头铣刀。单击“确定”按钮接受修改并退出“搜索结果”对话框，回到刀具定义对话框，单击“确定”按钮完成刀具修改。,（3）创建拐角清理工序在工具栏中单击“创建工序”, ，在子类型中选择“CORNER_ROUGH” ，指定程序为“PROGRAM”，刀具为刚刚从NX刀库中选择调用的“UGT0203_059”，几何体为“WORKPIECE”，方法为“MILL_ROUGH”，名称采用
24、缺省值“CORNER_ROUGH”，单击“确定”按钮。,（4）选择参考刀具 通常而言，初始粗加工工序使用大直径刀具。通过参考前一工序的较大刀具,当前工序可以确定未切削材料的区域。然后可用较小的刀具将该材料移除。在“拐角粗加工”对话框中的“参考刀具”选项组列表中选择前一道工序使用的刀具“UGT0201_087”作为参考刀具。单击“生成”按钮 ，单击“确定”按钮完成设置并生成了刀轨。本工序是为了清理小的拐角。,13. 精加工平面区域创建工序精加工底部平面区域工序。（1）创建平面铣工序在工具栏中单击“创建工序 ，类型为“mill_planar”，在子类型中选择“FACE_MILLING_AREA（平
25、面区域铣）”图标，指定程序为“PROGRAM”，刀具选择调 “T4D15R0”，几何体为“WORKPIECE”，方法为“MILL_FINISH”，名称采用缺省值“FACE_MILLING_AREA”，单击“确定”按钮。（2）指定要进行精加工的面在弹出的“面铣削区域”对话框的“几何体”选项组中单击“指定切削区域”图标，如图4-54所示，选择三个平面，单击“确定”按钮接受选择返回到“面铣削区域”对话框，单击“生成” 刀轨。,（3）更改切削模式 修改缺省的“单向切削”模式为“跟随周边”。在“刀轨设置”选项组中单击“切削参数” ，在弹出的“切削参数”对话框中选择“策略”选项卡，在“切削”选项组中的“刀
26、路方向”选择“向内”。单击展开选项组的“壁”区段，选择“岛清根”复选框 ，单击“确定”按钮返回“面切削区域”对话框,（4）指定壁几何体单击“指定壁几何体” ，单击”预选”图标，NX会自动选择与切削相邻的面，从“列表”中选择“1”，单击“确定”接受选择并返回 “面切削区域”对话框。,（5）指定壁余量留下一些壁余量可防止刀具同时对壁和底部面进行精加工，消除刀具颤振。单击“切削参数” ，单击“余量”选项卡，在“壁余量”框中输入“ 1.0”。单击“确定”按钮，接受“切削参数”对话框。,（6）指定进刀方式螺旋进刀最适合步距较小且高速加工的工序。单击“非切削移动” 。在“切削参数”对话框的“封闭区域”选择
27、租，从“进刀类型”列表中选择“螺旋”。,（7）生成刀轨单击“生成”图标 ，查看刀轨和加工效果。,14.对其他部分进行精加工创建一个工序，移除前一工序中指定的壁余量。（1）创建工序在工具栏中单击“创建工序” ，类型为“mill_contour”，在子类型中选择“ZLEVEL_PROFILE（等高轮廓铣）” ，指定程序为“PROGRAM”，刀具选择调 “T5D1.75”，几何体为“WORKPIECE”，方法为“MILL_FINISH”，名称采用缺省值，单击“确定”按钮。,（2）选择要进行精加工的面 在图形窗口背景中，右键单击并选择“定向视图”“俯视图”。在“深度加工轮廓”对话框中单击“指定切削区域
28、” ，在弹出“切削区域”对话框后，在绘图区单击并沿对角拖动以形成一个矩形，以圈住除外部边以外的所有对象。这样只有矩形内的面被选择。此时“切削区域”对话框中的“列表”中的“项数”是“190”。,（3）取消面选择两个顶面需要排除。模型的两个顶面不应该进行精加工了，因此需要将这两个面从选择集中剔除出去。按住“SHIFT”键，选择两个顶面，这将取消选择已经在前一工序中精加工过的两个面。此时“列表”中的“项数”变为“188”。单击“确定”按钮接受选择并返回到“深度加工轮廓”对话框。确保 “每刀的公共深度”列表是“恒定”。在“最大距离”框中键入“ 0.4”。,（4）生成刀轨,生成刀轨后发现此时有些阶梯面未
29、被精加工，说明刀路有问题，需要继续修改。,（5）修改进刀方式 将进刀方式改为逐层移动，可更好地保持刀具在材料中持续进刀。单击“切削参数”对话框中的“连接”选项卡，从“层到层”列表中选择“沿部件斜进刀”，选中“在层之间切削”复选框。从“步距”列表中选择“使用切削深度”,（6）控制进刀点和退刀点过将进刀和退刀距离最小化来进一步提高刀轨的效率。单击“非切削移动” 。单击“转移/快速”选项卡。在对话框的“区域之间”选项组，从“转移类型”列表选择“前一平面”，数值保持缺省。在“区域内”区段，从“转移类型”列表中选择“前一平面”。单击“确定”按钮接受修改并返回到“深度加工轮廓”对话框。,（7）生成刀轨单击生成 ，生成刀轨后观察刀轨，需要精加工的面均有刀路经过。,15. 仿真加工 单击“导航器”工具栏的“程序顺序视图”将“工序导航器”视图切换到“程序顺序”。右键单击“PROGRAM”，并选择“刀轨”“确认”。弹出“刀轨可视化”对话框，单击 “2D 动态”选项卡。单击“播放” 。播放完毕后单击“确定”按钮完成仿真，查看仿真加工效果。,4.7 本章小结 本章介绍了型腔铣的概念以及创建操作的过程，说明创建操作过程中切削方式、控制点、进退刀方法等参数的设置。型腔铣方法一般都可用于粗加工，也可用于精加工内壁与底面不垂直的零件。,
