基于NX8.5的倒型腔曲面的三轴数控加工

    在机械加工过程中， 经常由于加工条件受限，需要采用三轴数控机床加工如图1 所示的零件，此类零件存在一些法向矢量与刀具轴矢量夹角大于90°的曲面， 给加工带来一定的难度，此类零件特征被称为“倒型腔”。

    对于截面形状复杂的倒型腔， 无法使用宏程序编程，需要借助计算机软件进行辅助编程。Siemens 公司的NX CAM 是一种成熟的计算机辅助编程软件，可靠性高。随着该软件版本的提高，软件的功能也不断增强，但是由于软件内部算法安全性等问题，使用该软件的三轴加工功能加工倒型腔类的零件仍然存在一定的困难。本文针对该问题进行了多面的研究，利用软件结合实际经验总结出了两种倒型腔曲面零件的加工方法，解决了复杂曲面倒型腔的三轴数控加工难题。

    图1 倒型腔曲面零件

    一、编程思路

    对于图1 所示的型腔类零件，无论毛坯是锻件还是铸件， 都需要先进行粗加工， 然后再精加工。

    若毛坯是实心的锻件毛坯，则首先需要利用钻头、刀盘等先进行开粗加工，将封闭区域加工成矩形直面或阶梯面作为软件编程的毛坯，再利用软件生成粗精加工程序进行粗精加工。若毛坯是铸件，余量比较均匀，则可以将零件曲面进行均匀偏置作为软件编程的毛坯，再利用软件生成粗精加工程序进行粗精加工。

    但是无论是哪种毛坯，在余量较多时都不能直接沿零件轮廓三轴联动加工，需要沿刀轴方向逐层切削零件轮廓成型。因此，利用软件编制出沿刀轴方向逐层切削的程序是完成此类零件加工的关键。

    二、加工刀具

    1. 刀具选择

    适合三轴加工该类曲面零件的刀具有成形铣刀和圆弧三面刃铣刀。成形铣刀可以在普通机床上加工出与零件形状一样的表面，加工效率高，使用方便，但是需要针对零件单独设计，成本较高。圆弧三面刃铣刀可以利用圆弧刀片的侧刃甚至后刃切削，在不转动刀轴矢量的情况下， 仍可以加工曲面法向矢量与刀具轴夹角大于90°的曲面， 而且圆弧三面刃铣刀是常用标准刀具，可以很方便的通过刀具样本选择型号尺寸合适的圆弧三面刃刀具。因此， 在加工此类零件时一般首选圆弧三面刃铣刀。

    2. 刀具参数确定

    以图1 所示零件为例，选用圆弧三面刃铣刀在三轴数控机床加工此零件时，具体尺寸参数选用不但要根据零件圆弧大小及进退刀空间确定刀具直径尺寸D、长度尺寸L 外，还有一个不可忽视的重要参数a，此参数反映刀具直径与刀柄直径的差值，需根据待加工型腔边界径向深度选择。如图2所示，零件径向最大深度为35mm，即所选刀具a 尺寸需大于35mm。若选用一把D160 的三面刃刀盘，则所选用刀柄的直径d 应小于160-35×2=90mm，考虑适当的安全距离c，选用D80mm 刀柄较合理。