第5章 固定轴曲面轮廓铣

5.1 固定轴与可变轴曲面轮廓铣概述 1. 基本原理 先由驱动几何（Drive Geometry）产生驱动点，并按投影方向投影 到部件几何体上，得到投影点。刀具在该点处与部件几何体接触，故又 称为接触点。然后，系统根据接触点位置的部件表面曲率半径、刀具半 径等因素，计算得到刀具定位点。刀具位于与零件表面接触的点上，从 一个点运动到下一个切削点，如此重复，就形成了刀轨。驱动点可以从 整个或部分零件几何体生成，或者从与零件几何体无关的其它几何体产 生，然后再投射到零件几何体上。其原理如图5-1所示。
指定某一矢量作为投影矢量。如图5-66所示，可选择坐标轴或其中任 一方法指定投影矢量，具体方法这里不再详述。
2. 刀轴 以刀轴作为投影矢量。该选项为系统默认的投影方法，当驱动点向部 件几何体投影时，其投影方向与刀轴矢量方向相反， 3. 远离点 该选项创建从指定的焦点向“部件表面”延伸的“投影矢量”。此选 项用于加工焦点在球面中心处的内侧球形（或类似球形）曲面，“驱动 点”沿着偏离焦点的直线从“驱动曲面”投影到“部件表面”，焦点与 “部件表面”之间的最小距离必须大于刀具半径。 4.朝向点 朝向点与远离点用法相似，用来指定某一点为焦点，投影矢量的方向 从部件几何表面开始指向焦点，即以焦点为终点，如图5-68所示。
第5章 固定轴曲面轮廓铣
固定轴曲面轮廓铣（Fixed Contour）简称为固定轴铣，在铣削过程中 刀轴与指定的方向始终保持平行，即刀轴固定。固定轴铣适用于精加工由 轮廓曲面形成的区域的加工方式，它允许通过精确控制刀具轴和投影矢量 以使刀具沿着非常复杂的曲面的复杂轮廓运动。固定轴铣一般采用球头铣 刀，进行零件的半精加工或精加工。
图5-2 “创建操作”对话 框
5.3 驱动方式 驱动方法（Drive Method）用来定义创建刀具路径的驱动点。在固定 轴铣铣操作中，可用的驱动方法有10种，一些驱动方法允许沿一条曲线创 建一个驱动点集，另外—些驱动方法则允许在一个区域中创建—个驱动点 阵列，如图5-3所示。在具体操作中，应该根据加工表面的形状与复杂性 来确定适当的驱动方法，一旦选择了驱动方法，也就决定了可选择的驱动 几何类型，以及可用的投射矢量、刀轴与切削方法。 5.3.1 曲线/点驱动 曲线与点驱动方法，是用选择的点或曲线来定义驱动几何。按指定的 投影方向投影到加工面上而产生刀具路径，适用于在工件表面上加工筋槽 图5-4 曲线驱动方法 或雕刻字体。
源自文库
驱动几何 刀具
投影方向
驱 动 点
刀具定位点 接触点
加工几何
图5-1固定轴曲面轮廓铣原理示意图
2. 基本术语 1）零件几何体（part geometry）：用于加工的几何体。 2）驱动几何体（drive geometry）：用来产生驱动点的几何体。在曲面 轮廓铣中除了定义几何体外，还可用驱动几何体进一步引导刀具的运 动。驱动几何体可以是点、曲线、曲面，也可以是零件几何体。 3）驱动点（drive point）：驱动点是从驱动几何上产生的，按投影矢量 投影到部件几何体上的点。 4）驱动方式（drive method）：驱动方式用于定义创建刀具路径所需的 驱动点。NX在曲面加工中提供了多种类型的驱动方法。有些驱动方法 允许沿曲线创建驱动点集，另外一些驱动方法则允许在一个区域中创 建驱动点阵列。沿指定的投射矢量将驱动点投射到零件表面上创建刀 具路径，如果没有定义零件几何，则直接在驱动几何上创建刀具路径。 5）投射矢量（project vector）：投射矢量确定驱动点投射到零件表面 上的方法，以及定义刀具接触的零件曲面的侧面。在一般情况下，驱 动点沿投射矢量方向投射到零件表面上，有时当驱动点从驱动曲面向 零件表面投射时，可能会沿投射矢量的相反方向投射。不管如何投射， 刀具则总是沿投射矢量与零件表面的一侧接触。
6. 切削角度 切削角度用于决定“平行线”路径模式中刀具路径的旋转角度，该角 度是从工作坐标系（WCS）中X轴开始测量的。
切削角度包含“用户定义”与“自动”两个选项。当选“用户定义” 选项时，则“度数”文本框激活，可在“度数”文本框中输入旋转角度； 当选“自动”选项时，系统自动确定切一个切削区域的旋转角度。
4. 阵列中心 阵列中心用于在“径向”与“同心”路径模式下，手工指定或系统计 算其路径的中心点。它包含“指定”与“自动”两个选项，当选“指定” 选项时，则弹出“点构造器”对话框，可指定一点作为路径中心点；当 选“自动”选项时，系统就根据切削区域的形状与尺寸，自动确定最有 效的位置作为路径中心点。 5. 刀路方向 刀路方向用于在“径向”与“同心”路径模式下，指定由内往外还是 由外往内产生刀具路径，如图5-23所示。它只在跟随轮廓、同心圆或径 向线路径模式下才激活。
5）设置合理的投射矢量 可用投射矢量的类型取决于所指定的驱动方法，投射矢量类型总共有9种， 当设置的投射矢量平行于刀轴矢量、或垂直于零件几何表面法向时， 一定要仔细考虑，因为在这些情况下，可能引起刀具路径垂直方向的 波动。 6）指定正确的刀轴 刀轴矢量可以通过指定坐标、选择几何、垂直或相对于零件表面、以及 垂直或相对于驱动表面等方式来定义。 7）刀轨设置 在操作对话框打开参数组进行各选项参数的设置。一般来说需要对刀轨 设置中的切削参数、非切削移动、进给和速度选项进行设置。 8）生成操作并模拟刀轨 生成当前操作的刀轨并进行模拟加工。
2.空间范围 部件空间范围是通过选择零件表面和表面区域的外部边缘生成的环 来定义切削区域。“环”类似于边界，它们都可定义切削区域，但环与 边界不同的是，环是在零件表面上直接生成，而且无需投影。如图5-17 所示。环可以定义切削区域，部件空间范围有3种方式：关、最大的环和 所有环。
3. 切削模式 切削模式用于定义刀具路径的形式。选项如图5-19所示，其中“跟随 周边”、“轮廓加工”和“平行线”与平面铣与型腔铣用法类似，这里 介绍“同心”和“径向”的各种模式。
零件表面 边界 投射矢量
固定刀轴
图5-14 边界驱动方法
1. 驱动几何体 驱动几何选项，用于选择和编辑驱动几何边界。选择图标，弹出如图 5-16所示的“边界几何”对话框。该对话框中“模式”包含曲线/边、边 界、面或点，用来定义驱功几何边界。 每一个边界成员与刀具位置的关系，可以指定为“对中”、“相切” 或“接触”属性。一条边界中，当一个边界成员设为“接触”属性后， 其它边界成员就不能再设置为对中或相切属性，而且“接触“属性的边 界必须封闭。不像“对中”与“相切”属性，如果使用“接触”属性， 则刀具沿轮廓表面移动时，刀端与表面的接触位置是变化的。
边界 零件 投射矢量 刀轴
图5-4 曲线驱动方法
5.3.2 螺旋驱动 螺旋驱动方法，产生从指定的中心点向外螺旋的“驱动点”，驱动 点在垂直于投影矢量并包含中心点的平面上生成，驱动点沿着投影矢量 投影到所选择的部件表面。该方法属于区域加工，适用于加工圆形的工 件。如图5-9所示。
零件表面 从平面投射的驱动点 中心点 投射矢量
5.3.3边界驱动 “边界驱动方式”与平面铣的工作方式大致相同，是用边界、内环或 两者联合来定义切削区域，从定义的切削区域、沿指定的投射矢量方向、 把驱动点投射到零件几何表面上，来创建刀具路径。如图5-14所示。 该驱动方式既可用于整体加工，也可用于局部加工，是一种较灵活的 区域加工方法，适用于加工各种形状的工件。驱动边界可以大于或等于加 工面积（通常为加工面投影到垂直于投影方向的平面内的最大面积）—整 体加工，也可以小于加工面积—局部加工。 “边界驱动方式”中，边界可以由一系列存在的曲线、现有的永久边 界、点或面构成，其创建方法与定义孤岛、型腔的外廓相同，可以为每个 边界成员指定如下位置属性：“对中”、“相切”和“接触”。 图5-14 边界驱动方法
5.2 创建固定轴铣操作 1. 固定轴曲面轮廓铣操作的创建步骤 1）创建操作 创建操作时，选择类型“mill_contour”，子类型为固定轴曲面轮廓铣 （FIXED_CONTOUR），点击【确定】按钮，打开操作对话框。 2）指定几何体 选择几何体，可以指定几何体组参数，也可以直接指定部件几何体和检 查几何体。在某些驱动方法下，还需要指定切削区域几何体和修剪边界。 3）选择刀具 在刀具组中可以选择已有的刀具，也可以创建一个新的刀具作为当前操 作的刀具。 4）选择驱动方法并设置驱动参数 在固定轴曲面铣操作中，驱动方法的选择是非常重要的。可用的驱动方 法总共有9种，应根据加工表面的形状与复杂性，以及刀轴与投射矢量的 要求来确定适当的驱动方法，一旦选择了驱动方法，也就决定了可选择的 驱动几何类型，以及可用的投射矢量、刀轴与切削方法。在驱动方法的对 话框中设置驱动方法参数，不同驱动方法的参数差异很大。
区域驱动方法中的切削方法与边界驱动方法中的相似，需要说明的是 “往复上升”走刀方法。
5.3.5 清根驱动
清根切削沿着零件表面的凹角和沟槽生成刀具路径。清根加工 常用来在前面加工中使用了较大直径的刀具而在凹角处留下较多残 料的加工。另外清根切削也常用于半精加工，以减缓精加工时转角 部位余量偏大带来的不利影响。清根铣削中，一般使用球头刀，而 不用平底刀或者牛鼻刀。
5.3.6 文本雕刻 在零件加工时经常需要在零件表面雕刻零件号、模具型腔ID号或其它 标识文字。一般来讲，NX提供这种雕刻方式属于阴文雕刻，字形由多个 笔划组成，因此刀具的直径不能太小，否则有的区域不能完全切削而得 不到完整的字形。设置的文本深度或零件余量在零件表面下系统会产生 过切的警告。
5.4 投影矢量 投影矢量用于指定驱动点投影到零件表面的方式。除了清根驱动方式 外，所有的驱动方式都需要设置投影矢量。一般情况下，固定轴铣削时， 所用的投影矢量应该是刀轴方向，其余方式多在可变轴加工时使用。 1. 指定矢量
螺旋线驱动
图5-9 螺旋线驱动方法
指定螺旋中心点
螺旋中心点用于定义螺旋的中心位置，也定义了刀具的开始切削点。如果没 有指定螺旋中心点，系统就用绝对坐标原点作为螺旋中心点；如果螺旋中心点不 在零件几何表面上，则沿投射矢量投射到零件几何表面上。定义螺旋中心时，可 先单击图标，然后用弹出的“点构造器”对话框，定义一个点作为螺旋驱动路径 的中心点。 1）最大螺旋半径 最大螺旋半径用于限制加工区域的范围，从而限制产生驱动点的数目。螺旋 半径在垂直于投射矢量的平面内进行测量。如果指定的半径超出了零件几何表面， 刀具在不能切削到零件几何表面时，会退刀、跨越，直至与零件几何表面接触， 再进刀、切削。 2）步距 横向进给量用于控制两相邻切削路径间的距离，即切削宽度。可按刀具直径 的百分比或绝对距离设置。
2.创建操作 采用与创建平面铣和型腔铣操作相似的步骤，在“加工配置”对话框 中选择“通用”（cam general）加工配置，指定子模板为“轮廓铣” （mill_contour），初始化加工环境。 在“创建”工具栏中单击“创建操作”图标图标，弹出如图5-2所示 “创建工序”对话框。在“类型”下拉列表框中选择“轮廓铣” （mill_contour），在“子类型”中选择“固定轴曲面轮廓铣”图标，指 定4个父节点组，输入操作名称，单击【确定】按钮进入固定轴铣操作对 话框。
7. 步距 步距用于指定相邻两个刀具路径的横向距离。指定方式有“恒定”、 “残余高度”、“刀具直径百分比”和“变量平均值”四个选项，可参 照平面铣中内容。另外在切削模式为径向时，步距指定方式有“角度” 选项，用于指定恒定的径向步距。
5.3.4 区域铣削驱动 区域铣削驱动是最常用的一种精加工操作方式，通过指定切削区域、 设定陡峭空间范围共同定义操作。这种驱动方法与边界驱动方法类似， 不同的是区域铣削驱动不需要指定驱动几何，同时创建的刀轨可靠性更 好，并且可以有陡峭区域判断，故优先选用区域铣削。切削区域可以用 表面区域、片体或表面来定义。如果不指定切削区域，系统会使用定义 的整个零件几何作为切削区域。 1. 陡峭空间范围 陡峭空间范围是通过设定陡峭度来确定零件切削区域，陡峭度是刀轴 与零件表面法矢量的夹角。陡峭区域是指零件几何上陡峭度大于等于指 定陡峭角度的区域，即陡峭角度把切削区域分隔成陡峭区域与非陡峭区 域。陡峭约束包含无、非陡峭与定向陡峭3个选项。 2. 切削模式