CAXA制造工程师实体造型生成曲面的数控加工进退刀方法

ＣＡＸＡ制造工程师实体造型生成曲面的数控加工进退刀方法的探讨
湖北工学院（湖北武汉 430068）胡松林
北航海尔软件有限公司鲁君尚
【摘要】ＣＡＤ／ＣＡＭ技术的发展越来越快，实体造型方法生成工件曲面进行数控加工得到了应用，然而，工件由实体造型方法生成的曲面，是已经修整好了的曲面，在数控加工中往往会产生麻烦，本文通过对用实体造型方法生成的一个典型曲面进行数控加工，对刀具轨迹生成时的进退刀的问题进行探讨，并提出了其选用原则。

关键词实体造型ＣＡＤ／ＣＡＭ数控加工ＣＡＸＡ
随着ＣＡＤ／ＣＡＭ技术的应用，工件的造型从线架造型方法到曲面造型方法，为工件的加工带来了很大的方便，起到了很好的经济效益和社会效益。

随着数控技术的发展，ＣＡＤ／ＣＡＭ软件的发展也越来越快，其发展不仅仅只是使工件的曲面造型越来越方便，越来越迅速，而且从根本上改变了工件造型的方法，即利用实体造型方法。

很多ＣＡＤ或ＣＡＤ／ＣＡＭ软件如：Ｐｒｏ／Ｅｎｉｇｅｅｎｅｒ，ＵＧ，ＣＡＸＡ等等，都具有实体造型功能，它们都有可通用的接口进行数据转换，工件在某一软件中进行的实体造型，可以在其它ＣＡＤ／ＣＡＭ软件中读取，进行数控程序的生成。

由于实体造型的极大的方便性、灵活性、快捷性，越来越得到广泛的应用。

然而，工件由实体造型方法生成的曲面，是已经修整好了的曲面（即“裁剪曲面”），没有富余的履盖面（曲面边界外的延伸面）。

在数控加工中往往会产生麻烦，下面通过一个应用实体造型方法生成的工件曲面的加工方法，对在数控加工中进行刀具轨迹生成时的进退刀的问题进行分析。

如图１所示实体造型方法绘制的工件三维图形，在数控铣床上加工上表面的曲面。

图１实体造型方法生成工件曲面
在数控铣床或立式加工中心机床上铣削曲面时，要用球头刀采用“行切法”加工。

所谓行切法，就是球头刀与零件轮廓的切点轨迹是一行一行的，而行间的距离（行距）是按曲面的加工精度要求确定的。

在选择进刀、退刀方式时，如果进刀点采取垂直方式进行切入工件（图２），刀具是向下钻到工件表面，这样很不安全，且加工出来的表面质量差，在加工中是不可取的。

除非曲面边界有特殊限制，一般不采用这种进刀方式。

图２垂直进退刀方式
在目前流行的一些中小型ＣＡＤ／ＣＡＭ软件中，都具有进刀时引入和退刀时引出的功能，使刀具切削的第一刀从曲面外进刀，以切入工件。

使刀具切削的最后一刀走到曲面外，再退出工件（图３）。

然而，这样虽然解决了第一刀的进刀和最后一刀的退刀问题，但还远远不够，刀具每一行的进刀和退刀还是在工件被加工曲面的边界上，被加工曲面的外沿边界会有较多的残留余量，给后续加工带来不便，
而且影响被加工曲面的表面质量。

有的ＣＡＤ／ＣＡＭ软件具有其它刀具轨迹控制功能，但可以用来近似地解决这个问题。

图３第一刀直线进入和最后一刀直线退出
例如：在ＭａｓｔｅｒＣＡＭ软件中，可以采取近似的方法进行避免（图４）。

如：主菜单中选取“刀具路径”＞选取“曲面加工”菜单＞选取“精加工”菜单＞选取“曲面流线”菜单＞保存ＮＣＩ文件名＞拾取曲面＞选取“执行”菜单＞弹出“曲面流线精加工”参数表对话框＞选取“曲面流线参数”表＞单击“间隙设定”按钮＞弹出“间隙设定”对话框＞在“边界处路径延伸切弧的半径”中，填写“１００”＞在“边界处路径延伸切弧的角度”中，填写“１０”＞单击“确定”按钮＞选定其它各种需要的参数＞单击“执行”菜单＞生成刀具轨迹所填写的“１００”和“１０”可根据需要进行填写。

图４采取近似的方法使每行进退刀从曲面外进行
在ＣＡＤ／ＣＡＭ软件中，较实用的解决办法则是在生成曲面的同时，作出一个包含被加工曲面的较大的曲面，或者对被加工曲面进行延伸，生成比原被加工曲面大的曲面（图５），并以这个较大的曲面进行刀具轨迹生成（图６），这样，在实际加工时，刀具的每一行就不会在被加工曲面内进刀和退刀了，也为后续加工带来方便，保证了加工表面的质量。

图５作一个比被加工曲面大的曲面
图６以所作曲面生成刀具轨迹
但是，由于工件采用造型实体，在造型完成之后，数控加工之前又来作这样的一些包含工件被加工曲面的履盖面，不仅是重复劳动，而且很麻烦。

如果ＣＡＤ／ＣＡＭ软件能支持裁剪曲面的延伸操作则问题要简单得多。

然而，目前流行的ＣＡＤ／ＣＡＭ软件并不支持裁剪曲面的延伸操作。

这就需要ＣＡＭ软件
在生成刀具轨迹时，具有刀具每一行进退刀的走刀轨迹的控制功能。

“ＣＡＸＡ制造工程师”软件在这方面作了研究，使每行的进退刀具有可控性。

现仍以该曲面为例，对实体造型生成的曲面在数控加工时的进退刀方法作进一步说明。

（１）单击主菜单中的“应用”菜单＞选取“轨迹生成”菜单＞选取“参数线加工”菜单＞弹出“参数线加工参数表”对话框（图７）。

图７参数线加工参数表对话框
（２）选取“参数线加工参数”项＞在“每行进刀方式”中，选中“直线”项＞输入数据“１５”＞在“每行退刀方式”中，选中“直线”＞输入数据“１５”＞（为了文中的刀具轨迹显示清晰，行距取“２”）。

（３）选取“铣刀参数”项＞在“刀具半径Ｒ”中，输入数据“８”＞在“刀角半径ｒ”中，输入数据“８”。

（４）选取“进退刀参数”项＞在“进刀方式”中，选中“垂直”＞在“退刀方式”中，选中“垂直”。

（５）选取“切削用量”项＞选取合适的切削用量＞单击“确定”按钮。

（６）按Ｆ８键，轴测图显示工件图形＞单击“线架显示”图标＞拾取加工曲面（拾取工件上表面）（图８）＞按鼠标右键＞拾取进刀点（拾取上表面曲面的左下角）（图９）＞切换加工方向（不切换）＞按鼠标右键。

图８拾取加工曲面
图９拾取进刀点
（８）改变曲面方向（不改变）＞按鼠标右键＞拾取干涉面（不拾取）＞刀具轨迹生成（图１０）。

图１０刀具轨迹生成
参数线加工参数的含义：
（１）每行进刀方式。

ａ．垂直：刀具直接从每行首点的竖直上方落下。

ｂ．直线：按给定的直线段长度，沿切线切入工件。

ｃ．圆弧：按给定的半径，以四分之一圆弧，沿切线切入工件。

ｄ．矢量：在每行的首点处增加一个给定的矢量点。

ｅ．强制：每行都从给定的点（强制点）出发。

强制点的Ｚ值等同于每行第一点的Ｚ值。

″强制″是指的绝对值，不是相对值。

（２）每行退刀方式。

ａ．垂直：刀具直接从每行末点的竖直上方直接退刀。

ｂ．直线：按给定的直线段长度，沿切线退出工件。

ｃ．圆弧：按给定的半径，以四分之一圆弧，沿切线退出工件。

ｄ．矢量：在每行的末点处增加一个给定矢量点。

ｅ．强制：每行都从给定的强制点退出。

强制点的Ｚ值等同于每行末点的Ｚ值。

“强制”是指的绝对值，不是相对值。

数控铣削加工中，进退刀方式对接刀部分的表面质量影响很大，其选用原则是：
铣削立体型面工件时，要求球头刀与曲面轮廓的切点轨迹是一行一行的（即采用“行切法”加工），而行间的距离（行距）是按被加工曲面的精度要求确定的。

在曲面进行粗加工时，一般也是用平头立铣刀采用“行切法”加工。

以行切法进行数控加工时，确定走刀路线时，应注意根据实际情况进行区别。

当工件的被加工曲面的边界是敞开的，没有其它表面或夹具等限制时，为安全起见，应延伸曲面边界，或作一个能履盖被加工曲面的较大的曲面，使刀具从曲面的边界外加工起。

当零件曲面的边界外有其它表面限制时，刀具不能任意沿边界外进退刀，以避免干涉产生。

铣削平面工件时，一般采用平头立铣刀的侧刃切削。

这样，在加工外形时，其切入和切出也应考虑外延，以保证工件轮廓的平滑过渡。

对精度要求较高的工件曲面，要避免法向切入工件曲面，而应与工件轮廓曲面的延长线相接触，然后沿该曲线切向切入工件轮廓，以保证工件质量。

切入和切出工件时，应特别注意避免在工件被加工曲面处垂直工件表面的方向下刀或抬刀。

铣削内槽封闭曲面的切入和切出不允许外延。

这时可沿工件曲面的法线切入或切出，可能时，其切入和切出点最好选在工件轮廓曲面两几何元素的交点处。

总之，应根据工件、被加工曲面和工件装夹的具体情况，选择一种容易下刀、并能避免碰撞，又能保证表面质量的进刀，退刀方式。