UG NX 数控编程：型腔铣详解-机械资源网

一、什么是型腔铣？

核心概念： 型腔铣也是UG CAM中最常用、最基础的2.5轴铣削工序之一。它的主要目的是高效地移除封闭区域（型腔）或开放区域（型芯）内的大量毛坯材料，通常作为粗加工工序使用。
加工原理： 刀具在水平面内（XY平面）沿着定义的切削区域边界进行轮廓或区域切削，同时在Z轴方向（深度方向）进行分层切削。每一层称为一个“切削层”。
目标： 快速去除大部分余量，为后续的半精加工和精加工工序留下均匀、合适的余量。
刀具： 通常使用平底铣刀或圆鼻刀。平底刀效率高，但角落会残留材料；圆鼻刀能减少角落残留，但效率略低。大直径刀具用于快速移除材料，小直径刀具用于清角或小区域加工。

二、型腔铣的主要应用场景

模具型腔、型芯的粗加工。
零件内部凹槽、口袋的粗加工。
复杂零件外轮廓的粗加工（开放区域）。
去除大块余量，为后续工序做准备。

三、创建型腔铣工序的关键步骤

进入加工环境：
- 打开包含加工部件的NX文件。
- 确保进入应用模块 -> 加工环境。
- 选择合适的 CAM 设置（如 mill_contour ）。
创建工序：
- 在主页选项卡或工序导航器中，点击创建工序按钮。
- 在类型中选择 mill_contour。
- 在工序子类型中选择 CAVITY_MILL 图标（通常是一个带Z轴箭头的方块图标）。
- 指定程序、刀具、几何体、方法。
- 点击确定。
定义几何体：
- 指定部件： 选择最终的零件几何体。这是必须的，用于生成刀轨和碰撞检查。
- 指定毛坯： 选择毛坯几何体（可选但强烈推荐）。定义了材料的初始形状，帮助生成更高效的刀轨，特别是使用基于层的IPW时。
- 指定切削区域： 选择要加工的面或区域（可选但常用）。限制加工范围，避免空走刀。如果不指定，默认加工所有与部件相关的区域。
- 指定修剪边界： 定义一个边界来限制或裁剪刀轨范围（可选）。
选择刀具：
- 从列表中选择之前创建好的刀具，或点击新建创建新刀具（如D20R1平底铣刀）。
- 确保刀具参数（直径、底角半径、长度）设置正确。
设置刀轨设置（核心参数）：
- 切削模式：决定刀具在水平层内的移动方式。常见模式：
  - 跟随部件：最常用。识别所有岛和型腔边界，生成最优化、最安全的刀轨，避免过切。优先沿边界切削。
  - 跟随周边：围绕切削区域的外轮廓偏置切削。对于简单形状效率高，但复杂区域可能产生大量提刀。
  - 往复：高效去除材料，来回直线切削。适用于开放区域或规则形状，提刀少，但角落易过切，需谨慎使用。
  - 单向/单向轮廓：始终朝一个方向切削，提刀多，效率低，但表面质量相对好（粗加工中意义不大）。
  - 摆线：刀具沿螺旋或圆形路径切入材料，适合加工深槽或硬材料，减少刀具负荷。
- 步距： 定义相邻刀路之间的距离。
  - 恒定：直接输入固定距离（如刀具直径的60%-75%）。
  - %刀具平直：输入刀具直径的百分比（常用，如65%）。
  - 残余高度：根据允许的残留高度计算步距（精加工更常用）。
- 全局每刀切削深度： 定义Z方向每层的最大切削深度。根据刀具强度、材料硬度、机床刚性设定（如0.5mm – 3mm或更大）。
- 切削参数： 点击进入详细设置：
  - 策略：切削方向（顺铣/逆铣），切削顺序（深度优先/层优先），精加工刀路等。
  - 余量：设置部件侧面余量（留给精加工的壁余量，如0.3mm）和部件侧面余量（留给精加工的底面余量，如0.2mm）。这是粗加工的关键参数！
  - 连接：设置层与层之间、区域与区域之间的移动方式（优化提刀高度、转移类型）。
  - 空间范围：处理加工区域中的“岛”（凸台）和毛坯。处理中的工件（IPW）选项非常有用（见下文技巧）。
  - 更多：容错加工（通常勾选）、边界逼近等。
- 非切削移动： 定义刀具在非切削状态下的移动（进刀、退刀、转移、避让）。
  - 进刀类型：常用“螺旋”、“沿形状斜进刀”、“插削”。设置安全高度、进刀高度、初始进刀等。安全合理的进刀设置至关重要，避免撞刀！
  - 退刀、转移、避让：设置安全平面、退刀方式等。
- 进给率和速度：
  - 设置主轴转速（S）。
  - 设置切削进给率（F）。
  - 设置逼近、进刀、退刀、移刀等非切削进给率（通常比切削进给快）。
  - 可以计算表面速度和每齿进给量，NX会自动换算S和F。
生成刀轨： 点击操作对话框顶部的生成按钮。NX会根据设置计算刀路轨迹。
刀轨可视化与验证：
- 重播：动态显示刀具移动路径。
- 2D动态/3D动态：模拟材料去除过程，强烈推荐使用，检查过切、碰撞、残留。
- 过切检查：专门检查刀轨是否过切部件。
接受/输出： 确认刀轨无误后，点击确定接受工序。后续可将工序后处理生成机床可执行的NC代码。

四、型腔铣的关键技巧与注意事项

合理使用IPW：
- 无：忽略之前工序的加工结果，基于初始毛坯计算。首次开粗使用。
- 使用3D：基于上道工序加工后留下的实际毛坯（三维残留模型）计算当前刀轨。二次开粗（清角）必选，避免空切或切削过多。
- 使用基于层：基于上道工序的刀轨层计算当前层，计算速度快，但精度不如3D IPW。适合层间关系明确的粗加工。
清角策略： 型腔铣开粗后，角落（特别是小于刀具直径的角落）会残留较多材料。常用策略：
- 使用更小直径的刀具在型腔铣中基于3D IPW进行二次开粗。
- 使用专门的深度轮廓加工或固定轴轮廓铣进行角落半精加工/精加工。
优化进刀：
- 避免垂直下刀（插铣除外），优先使用螺旋或斜线进刀，保护刀具和工件。
- 确保进刀点有足够空间（如开放区域或预钻孔）。
- 设置合理的最小斜面长度（%刀具直径）避免在狭窄区域使用斜进刀。
避免踩刀： 在层间移动或区域转移时，确保提刀高度（安全设置）足够，避免刀具横跨已加工表面造成损伤。
余量设置： 粗加工余量要留足，考虑材料变形、热变形和后续精加工需求。但也不宜过大，否则增加后续工序负担。侧壁余量通常比底面余量稍大。
切削参数优化： 根据材料、刀具、机床性能调整切削深度、步距、进给和转速。目标是高效去除材料的同时保证刀具寿命和机床稳定性。

五、型腔铣 vs 平面铣

型腔铣： 主要处理封闭区域或复杂轮廓区域的分层粗加工。刀轨基于部件和毛坯的3D几何形状生成。
平面铣： 主要处理开放区域的平面或台阶的加工（粗、精均可）。刀轨基于定义的2D边界生成，更侧重于水平面的加工。对于纯平面区域的粗加工，平面铣有时更直观高效。

六、常见问题与排查

刀轨未生成或生成不全：
- 检查几何体（部件、毛坯、切削区域）是否正确定义且无错误。
- 检查切削参数（如步距过大、切削深度为0）。
- 检查毛坯是否完全包含部件。
- 检查处理中的工件 (IPW)设置是否合理（二次开粗时选3D IPW）。
过切：
- 务必进行 3D动态模拟和过切检查。
- 检查余量设置是否为负值。
- 检查容错加工是否勾选（通常应勾选）。
- 检查刀具定义是否正确（直径、底R角）。
- 检查进刀点是否安全。
残留过多（清角不干净）：
- 确认使用了基于3D IPW的二次开粗工序。
- 检查二次开粗刀具直径是否足够小以进入角落。
- 检查步距是否过大。
加工效率低（提刀过多、空走刀）：
- 优化切削模式（优先跟随部件）。
- 优化连接参数（转移类型、最小化提刀）。
- 合理定义切削区域或修剪边界，避免加工不需要的区域。
- 检查处理中的工件(IPW)设置是否正确（避免重复切空）。

七、总结

型腔铣是UG NX CAM中进行粗加工（尤其是型腔、凹槽）的基石。掌握其核心概念——分层切削、高效去料、留有余量，并深入理解其关键参数（切削模式、步距、每刀深度、余量、IPW、进刀）的设置逻辑，是编写出高效、安全、可靠粗加工程序的关键。务必结合3D动态仿真进行验证，确保万无一失。通过不断的实践和参数优化，您可以充分利用型腔铣为后续精加工打下良好的基础。

简单案例流程：

创建程序、刀具（如D16R0.8）、几何体（WORKPIECE，指定部件和毛坯）。
创建型腔铣工序。
指定几何体（部件、毛坯已继承，可指定特定切削区域）。
选择刀具D16R0.8。
设置：
- 切削模式：跟随部件
- 步距：%刀具平直， 70%
- 全局每刀深度：1.5mm
- 余量：部件侧面余量=0.3mm，部件底面余量=0.2mm
- 进刀：螺旋，直径=60%，斜坡角=5°
- 速度/进给：S=1800rpm, F=1500mm/min (根据实际材料调整)
- （首次开粗）空间范围：处理中的工件=无
生成刀轨。
2D/3D动态模拟检查。
确认无误后接受工序。