基于中望3D加工不同策略对比分析

2022-09-23夏亚涛

机械管理开发 2022年9期

夏亚涛

（商丘职业技术学院，河南商丘 476000）

引言

中望3D软件是一款三维CAD/CAM一体化的软件，可以满足企业从产品研发到制造加工的一体化流程，实现设计到加工的无缝对接。中望3D具有2～5轴的数控CNC加工功能模块，且提供有灵活丰富的铣削策略，是一款易学易用的三维CAD/CAM一体化软件，可用于工具制造、汽车和模具行业中通常用到的复杂形状的加工。在最新的2021版中，诸多CAM相关功能得到了大幅度的增强和优化，能够加快刀具路径创建和后处理计算的速度。更值得一提的是，当计算机在后台计算刀路时，工程师无需等待刀路计算完成，仍可使用中望3D继续其他正常的设计工作，从而大幅度提升工作效率。

中望3D具备了基本的两轴车削功能，主要包含粗加工、精加工、螺纹加工、槽加工、端面加工、钻削加工、切断加工等七种主要的CAM加工方式；并且具有40多种铣削加工策略可供选择，支持高速加工策略Volumill,轻松应对各种加工制造需求，实现高效加工；无论是Nurbs还是STL的几何数据，均可生成所需的各种刀轨，包含倒扣刀轨。中望3D提供了仿真功能，包含线框仿真与实体仿真，可以通过线框仿真查看刀具的运动轨迹；中望3D还提供了强大的后置处理功能，帮助快速进行自动编程。

本文针对同一个模型零件分别采取不同策略进行加工，通过最终实体仿真模型的对比，分析各种策略的使用方式和适用场合。加工模型如图1六面体零件所示；毛坯为精磨过的毛坯，如图2所示。

1 参考工序

在CAM的加工中，开粗是能以最快的时间切除最多毛坯的操作；而二次开粗则是针对前一个程序未加工到的位置或残料，进一步进行加工的操作，均能达到清除多余残料的目的。本文以零件模具型芯为例，运用中望3D软件的CAM模块来完成三轴加工开粗与二次开粗。

图1 六面体零件

图2 毛坯

在中望3D软件CAM加工中，开粗需要使用二维偏移粗加工功能。在对图1零件使用平行铣削精加工策略时，首先要载入该几何体，并且根据实际情况设置合适的毛坯大小范围，然后要设置加工坐标系和加工安全高度，接着选择合适的粗加工工序进行开粗（例如选择二维偏移粗加工工序），通过设置刀具（D16R0.5）、特征和系统参数完成粗加工[1-2]。

在完成上述粗加工后，继续使用二维偏移粗加工功能即可进行二次开粗，第一种方式可以新建二维偏移粗加工完成以上重复步骤进行参数设置，并且更改刀具参数进行二粗；第二种方式可以右键二维偏移粗加工命令调出重复命令进行二粗，这种方式可以继承首次设置的参数而节省时间，重复命令在日常加工中比较常用。再调用重复命令完成参数设置后，需要调用参考工序命令，并双击选择参照首次粗加工进行二粗。要进行二粗加工，需要更换尺寸合适的刀具，通过设置刀具和选择合适的下刀步距，最终得到二粗刀轨路径。

2 参考刀具

中望3D CAM当用于特定工序的刀具不能到达某些区域时，就会产生余料。残料切削工序定义对话框中的参考刀具参数用于对其他工序使用的刀具进行识别，以便于中望3D用其计算余料的数量与位置。中望3D CAM快速铣削工序也有参考刀具，其为快速铣削工序定义对话框上的极限选项卡下的参考刀具参数。当参考刀具定义好时，该工序首先计算由参考刀具识别出的余料。然后再进行真正的精加工工序。在CAM方案管理器中，快速铣削精加工与高速精加工（HSM）也包含参考刀具参数。参考刀具用来确定哪些区域（使用该刀具）是不能切削的。进行二粗时可选择比初始粗加工直径大的刀具。为了减少二粗加工时的空行程次数，可以人为调大一些刀轨和公差当中的公差参数，公差越大，空刀会相应减少。

以上页图1为例进行参考刀具二粗切削加工，第一步和参考工序一样右键首次粗加工调用重复命令或者直接创建二粗加工工序。第二步选择加工刀具，点击中望3D的刀具库，如图5所示，选择“D6”的平铣刀，也可以手动输入刀具名称和规格尺寸。此外，工程师还可以把一些特殊或者企业专用的刀具添加到中望3D的刀具库中，方便以后调用。第三步设置加工参数中的参考刀具，选择首粗工序的刀具（D16）作为二粗的参考刀具，其余使用默认首粗参数值即可，完成刀路计算。

图5 参考刀具

3 清角加工

在很多产品以及模具的CAM加工过程中，很多角落的圆角很小，但精加工时不可能使用小刀具加工完成整个面，并且小刀进给率也比较低，所以通常会用比较大的刀具来精加工整个面；小圆角则使用清角刀路，用小的刀具把整个小圆角清理完毕。因此如何做好清角加工成为工程师们在三维CAD设计软件中进行CAM编程时需要考虑的重要内容。而中望CAM功能的清角工序，支持尖角和圆角的清角加工，能够很好地协助三维CAD工程师对这一工序进行制作以及程序编辑，大幅减少后续工作。另外其新增组合加工策略，能够快速分析转角的圆弧及生成所需刀路，均匀切削负荷避免过切，获得更好的表面加工质量，更精准地完成产品加工。

在进行清角加工之前，首先先测量圆角大小。经测量发现圆角半径大小为5 mm，那么在加工整个曲面的时候使用D16的刀具进行角度限制铣削加工，得到所需刀路。后续首先快速插入“清角切削”工序；在工序特征中加入零件，操作非常快捷方便；考虑到圆角为R5，决定用R3的刀具来加工清角位置并双击“参数”进行参数设置。在“主要参数”里面，设置加工余量以及平坦区域、陡峭区域的加工方式，设置平坦区域以及陡峭区域的切削步距;在整个圆角加工过程中，最好的方式是陡峭区域用等高、平坦区域用平行铣削的方式，这样才能达到最优化的加工光洁度；在“参考刀具”里轻松设置参考刀具的大小（D6）。在“陡峭角度”里面设置陡峭区域和平坦区域的分界角度，并且设置平坦区域优先，或者是陡峭区域优先,设置进退刀以及链接方式;最后点击计算,就可以算出整个清角刀路。整个编程过程操作简单便捷[3-4]。

4 对比分析

以上三种策略是中望3D常用的清除余料方式，通过实际刀路观察和仿真加工后公差带分析，参考工序和参考刀具这两种清除残料加工方式非常类似，只是它们的走刀路径不太一样，通过参考工序进行二次开粗，可根据前一个工序未加工到的真实工件的当前状态来加工某个区域，这将有效帮助工程师避免在开粗过程中,因再次切削已经加工过的区域而出现空刀,或者刀具过载和地方残料过多而被一次加工出来出现加工中断刀，或者工件存在未清除的地方等情况的出现。参考工序是一种计算预运行工序的余料的快速方法。使用参考工序有附加好处。通过参考工序，用户可使用不同的工序类型或不同的切削参数（如平行切削粗加工作为平行精铣加工的参考工序）。在使用参考刀具进行二粗时，如果工程师选择螺旋进刀方式，往往需要考虑最小螺旋直径值是否能下刀到比较狭窄的位置，若不考虑这些因素在后面加工时很容易出现踩刀现象。相比前两种清除残料方式主要用于粗加工，清角切削主要用精加工，清角工序能够更好地提高工程师的CAM编程与工作效率，实现对产品更精准的加工。