您现在的位置：e-works > 智造书屋 > 书籍列表 > PowerMILL多轴数控加工编程实例与技巧 > 3.6 SWARF精加工策略

第三章第3章 PowerMILL多轴加工编程专用策略

第六节 3.6 SWARF精加工策略

在航空器结构件领域，为了实现某种功能，零件结构设计上往往存在大量带薄壁、侧壁倾斜的结构要素，如图3-146所示。

如图3-146所示这类零件的特点是，侧壁较薄，侧壁面倾斜形成负角，负角度值往往是变化的，更重要的是，这些侧壁具有一个共性——它们都是直纹曲面。对于这类结构的加工，首先必须倾斜刀具轴，才能加工出负角面。在第二章所讲述的九种刀轴矢量控制方法中，都不太适合加工这类曲面。我们认为理想的方式是，使用刀具侧刃来切削曲面，将刀具柱面保持与被加工曲面相切，示意如图3-147所示。

在各种各样的曲面中，有一类特殊且重要的曲面叫直纹曲面，它的定义是：由一条直线依某种规律移动而产生的曲面，例如常见的圆柱面、圆锥面都是直纹曲面。将构成直纹曲面的直线称为直母线，与每条直母线都相交的曲线称为准线，如图3-148所示。

      由于直纹面的数据量小，设计容易、制造简单，在航空发动机的离心叶轮、轴流压气机叶片等型面的设计中被广泛应用。传统加工中，通常使用球头铣刀或环形铣刀逐层加工，加工出的曲面是由点形成的，接刀痕迹大，型面的精度和粗糙度不理想。改良后的加工方法是，在五轴数控机床上用圆柱铣刀的侧刃来加工型面，使用线接触的原理来成型，这样可以避免球头铣刀和环形铣刀加工出现的缺陷。
      在PowerMILL系统中，开发了专门用于加工此类型面的刀具路径计算策略——SWARF精加工策略和线框SWARF精加工策略。这两种策略计算出来的刀路最显著的特点是使用刀具侧刃来切削，刀轴在加工过程中与直母线保持平行。
      SWARF加工策略使用刀具侧刃而不使用刀尖进行加工，因此可以得到更加光滑的加工表面。它可用在复合零件和钣金零件的精加工上，也可用来加工航空航天工业中的复杂型腔零件。特别值得指出的是，SWARF加工策略支持包括锥形刀在内的多种类型刀具，这极大地方便了倒勾型面的加工，避免了细长刀具的使用，同时切削效率更高。
      还要注意的是，SWARF策略对加工对象曲面作出了要求，不仅仅要求是直纹曲面，还要求该曲面是可展曲面。在微分几何学中介绍到，可展曲面是指沿着一条母线的所有切平面都相同的直纹曲面，包括柱面、锥面和切线面三种曲面。柱面、锥面是我们熟悉的几何体，就不介绍它的定义了，而切线面则听到得较少。切线面是指给定一条空间曲线，过这条空间曲线上的每一个点作切线，切线的全体所组成的曲面就称为切线面，该空间曲线称为脊线。切线面如图3-149所示。

在PowerMILL综合工具栏中，单击刀具路径策略按钮

，打开策略选取器，在精加工选项卡中选择SWARF精加工，单击“接受”按钮打开SWARF精加工表格，如图3-150所示。

图3-150所示SWARF参数的含义如下。
1 驱动曲线：定义用于产刀具路径的曲面或曲面组。包括以下选项：
（1）曲面侧：定义刀具路径产生在曲面的内部还是外部。包括内和外两个选
项，如图3-151所示。

（2）径向偏置：定义刀具直径方向偏移出曲面的距离，如图3-152所示。

（3）最小展开距离：这是一个跟直纹曲面构图特性有关的选项。由于SWARF策略定义刀轴指向与直纹曲面的直母线相一致，如果直母线间的夹角过大，刀轴指向改变会很急剧，甚至会计算出有碰撞危险的刀路。定义最小展开距离来限制直母线间的最小允许间距。如图3-153所示。

      （4）在平面末端展开：当勾选该选项时，展开只发生在平面的末端，不勾选该选项
时，将曲面完全展开。
      （5）反转轴：将刀轴旋转180°，反转刀轴指向。
      （6）沿曲面纬线：勾选此选项时，SWARF策略产生的刀路的刀轴指向严格沿直纹
      曲面的直母线方向。如图3-154所示是勾选沿曲面纬线的情况，图3-155所示是不勾选沿曲面纬线的情况。

2 曲面连接公差：直纹曲面在连接处允许的最大连接距离。超过这个距离时，产生提刀以避免发生过切。如图3-156所示是设置曲面连接公差为0的情况，图3-157所示是设置曲面连接公差为0.6的情况，可见设置曲面连接公差后，在曲面连接处的提刀动作没有了。

在SWARF精加工表格的策略树中，单击位置树枝，调出位置选项卡，如图3-158所示。

      位置选项卡中参数意义如下。
      下限：定义刀具路径沿直母线向下铣削的位置。
      1 底部位置：定义刀具路径沿直母线向下铣削的最低位置。包括自动、顶部、底部和用户坐标系四种位置。
      （1）自动：使刀具沿直母线向下铣削直至接触到其余曲面（可以形象地理解为挡面），为止。如果没有挡面，在该区域就不会产生刀路。如图3-159所示。

（2）顶部：沿直纹曲面的顶部产生刀路，如图3-160所示。

（3）底部：沿直纹曲面的底部产生刀路。如果底部有挡面，系统会计算出什么样的刀路就要连同避免过切选项一块设置。如图3-161所示是避免过切策略设置为提起的状态。

2 用户坐标系：刀具沿直母线向下铣削，直至用户坐标系的XOY平面为止。如图3-162所示。由于用户坐标系的位置可以由用户自定义，因此这个选项也可以理解为由读者自定义刀具的铣削深度。

3 偏置：定义刀具路径沿刀轴向下偏移的距离，如图3-163所示。

在SWARF精加工表格的策略树中，单击避免过切树枝，调出避免过切选项卡，如图3-164所示。

      避免过切选项卡用于定义避免过切的方法。注意，这个选项在设置下限选项中底部位置为“自动”时无效。
      1 策略：定义避免过切的策略。包括“跟踪”和“提起”两个选项。
      （1）跟踪：在直纹曲面的最底部位置计算出刀具路径来，如果有过切刀路存在，系统自动向上抬刀（抬刀距离尽可能少）直至无过切的部位，如图3-165所示。

（2）提起：在直纹曲面的最底部位置计算出刀具路径来，如果有过切刀路存在，系统
自动将危险刀具裁剪掉，如图3-166所示。

      2 上限：定义刀具路径产生的上限位置。当避免过切策略设置为“跟踪”时，如果抬刀的高度高于上限，系统将裁剪高于上限的刀路。上限选项包括“无”、“顶部”、“底部”和“用户坐标系”四个。
      （1）无：刀具路径无上限限制。
      （2）顶部：刀具路径的上限是直纹曲面的顶部边缘线。
      （3）底部：刀具路径的上限是直纹曲面的底部边缘线。
      （4）用户坐标系：刀具路径的上限是用户坐标系的XOY平面。
      3 偏置：定义刀具路径的轴向偏移量，如图3-167所示。

4 无过切公差：为避免过切，允许刀具偏离曲面的最大距离。如果偏离的距离超过了这个公差值，将刀具向上提起来避免过切。因此这个选项可以用于控制那些非直纹曲面区域的材料切除量。例如，在SWARF策略计出刀路的区域，如果希望留下3mm余量，则既可以设置径向余量为3mm，也可以设置无过切公差为3mm。注意，即便在计算SWARF刀路时，不作过切检查，无过切公差仍然起作用。
在SWARF精加工表格的的策略树中，单击多重切削树枝，调出多重切削选项卡，如图3-168所示。

      多重切削选项卡用于定义刀具轴向的分层切削。
      1 方式：定义轴向分层刀路的创建方式。包括“关”、“偏置向上”、“偏置向下”和“合并”四个选项。
      （1）关：不产生轴向分层切削刀路，如图3-169所示。

（2）偏置向上：由最底刀路向上偏置产生分层切削刀路，如图3-170所示。

（3）偏置向下：由最顶刀路向下偏置产生分层切削刀路，如图3-171所示。

（4）合并：由最顶和最底刀路向中间偏置产生分层切削刀路，在相交的地方自动合
并，如图3-172所示。

2 最大切削次数：定义刀具路径轴向的分层数，如图3-173所示是设置最大切削次数为3时的情况。

      3 最大下切步距：定义轴向分层刀路间的距离。

例3-8 计算零件侧壁精加工刀具路径
      如图3-174所示航空器零件，要求计算图中箭头所指侧壁的精加工刀具路径。

［数控编程工艺思路］

      如图3-174所示航空器零件，加工对象是C型槽的侧壁以及两张外围侧面。这类侧壁如果使用球头刀具加工，效率和加工质量都不高，本例拟通过使用SWARF精加工策略编制其刀具路径，以说明SWARF精加工策略在倾斜侧壁加工中的优势。

［详细操作步骤如下］

步骤一打开加工项目文件
      （１）复制加工项目文件到本地硬盘：复制*:\Source\ch3\3-8 swarf ex01文件夹到E:\ PM MA2012目录下。
      （２）打开加工项目：在下拉菜单条中，执行“文件”→“打开项目”，打开“打开项目”对话框，选择E:\ PM MA2012\3-8 swarf ex01文件夹，单击“确定”按钮，完成项目打开。
在本加工项目文件中，已经设置好了毛坯、快进高度、切削用量以及起始点和结束点等参数，并创建了两把刀具，一把是直径为12mm，刀尖圆角为1mm的刀尖圆角端铣刀d12r1及其刀具夹持，另一把是直径为20mm的端铣刀d20及其夹持。

步骤二计算C型槽侧壁刀具路径
      （1）在绘图区选中如图3-175所示三张曲面片。

（2）计算SWARF刀路：打开SWARF精加工表格，按图3-176所示设置参数。

在Swarf精加工表格策略树中，双击切入切出与连接树枝，展开它。单击连接树枝，调出连接选项卡，按图3-177所示设置连接参数。

在Swarf精加工表格策略树中，单击切入树枝，调出切入选项卡，按图3-178所示设置切入参数。

在Swarf精加工表格策略树中，单击刀轴树枝，调出刀轴选项卡，如图3-179所示，确认刀轴矢量控制方法为自动。

设置完参数后，单击“计算”按钮，系统计算出图3-180所示刀路。

      由图3-180所示刀路可见，使用刀具侧刃可以很好地完成C型槽侧壁加工。注意到刀具轴指向设置为“自动”，即系统根据选定曲面来定义刀轴指向。
      在某些情况下，待加工零件侧壁很深，这时，在使用短切削刃刀具的情况下，就不可能一次将侧壁切到位，而必须在深度上分层切削。为了能实现使用短刀具来加工深长侧壁，SWARF精加工表格中，也可以设置刀轴指向为除“自动”以外的其他方式。下面举例说明。
      （3）单击SWARF精加工表格中的复制刀路按钮

，系统复制出一条新刀路出来。将刀具路径名称改为d12r1-c-jing-mc，单击Swarf精加工表格策略树中的多重切削树枝，调出多重切削选项卡，按图3-181所示设置轴向分层切削参数。

设置完参数后，单击“计算”按钮，系统计算出图3-182所示的刀路来。　

      由图3-182所示，刀具在切深方向下分层下切，这样即可用短刀具来加工深长侧壁。
      单击“取消”按钮关闭SWARF精加工表格。

步骤三计算零件外围侧壁刀具路径
      （1）在绘图区选中如图3-183所示一张曲面片。

（2）计算SWARF刀路：打开SWARF精加工表格，按图3-184所示设置参数。

在Swarf精加工表格策略树中，单击刀具树枝，调出刀具选项卡，按图3-185所示选择刀具。

在Swarf精加工表格策略树中，双击切入切出与连接树枝，展开它。单击切入树枝，调出切入选项卡，按图3-186所示设置切入参数。

设置完参数后，单击“计算”按钮，系统计算出图3-187所示刀路。

由图3-187所示刀路可见，为保证使用刀具侧刃加工侧壁，刀具会始终与侧壁保持相切，刀轴指向由侧壁曲面来控制。
（3）在绘图区选中图3-188所示一张曲面片。

（4）单击SWARF精加工表格中的复制刀路按钮，系统复制出一条新刀路出来。将刀具路径名称改为d20-wc2-jing，其余参数都不需要更改，单击“计算”按钮，系统计算出图3-189所示刀路。

      由图3-189所示，对于图3-174所示的倒勾型面，使用SWARF精加工策略能完美地计算出其加工刀具路径来。
      单击“取消”按钮关闭SWARF精加工表格。

步骤四保存项目文件
      在PowerMILL下拉菜单条中，执行“文件”→“保存项目”，保存该项目文件。

例3-9 叶片曲面精加工
      如图3-190所示整体叶轮，要求编制叶片型面的精加工刀具路径。

［数控编程工艺思路］
      整体叶轮是一类具有高附加加工价值的零件，需要较严密的编程工艺思路。在PowerMILL系统中，已经开发了专用的叶片加工模块，但它有较多的限制。本例所示零件的叶片是直纹曲面，拟用SWARF策略来编制叶片的精加工刀路。

［详细操作步骤如下］

步骤一打开加工项目文件
      （１）复制加工项目文件到本地硬盘：复制*:\Source\ch3\3-9 swarf ex02文件夹到E:\ PM MA2012目录下。
      （２）打开加工项目：在下拉菜单条中，执行“文件”→“打开项目”，打开“打开项目”对话框，选择E:\ PM MA2012\3-9 swarf ex02文件夹，单击“确定”按钮，完成项目打开。
      在本加工项目文件中，已经设置好了毛坯、快进高度、切削用量以及起始点和结束点等参数，并创建了一把直径为10mm的球头铣刀及其夹持。

步骤二计算叶片精加工刀具路径
      （１）在绘图区中，选中如图3-191所示曲面。

（２）打开SWARF精加工表格，按图3-192所示设置参数。

在Swarf精加工表格的策略树中，双击切入切出与连接树枝，展开它，单击连接树枝，按图3-193所示设置连接参数。

设置完参数后，单击“计算”按钮，系统计算出图3-194所示刀路。

      如图3-194所示刀路，存在的问题有：一是刀路不连续，部分曲面没有刀路产生，部分曲面有提刀；二是曲面比较深，要求分层切削。下面逐一修改参数来调整刀路。
      根据SWARF表格中的设置，刀路中有不连续部分和提刀，表示该部位存在着用现有加工精度会产生过切的情况。可以加大无过切公差以及轴计算公差，来改善该刀路。

      （３）单击SWARF表格中的编辑参数按钮