三维区域清除

FBH

5. 三维区域清除
三维区域清除加工
PowerMILL中所使用的主要粗加工策略为三维区域清除加工策略，包括偏置区域清除模型、平行区域清除模型、轮廓区域清除模型三种方式。这种加工策略假设粗加工过程是从一实体材料矩形块开始。如果加工对象是铸件或预制件，则可能不需要进行区域清除加工而直接进行半精加工。对于大的零件，如果使用一次粗加工不能完全切除全部需在粗加工中切除的材料，以满足精加工要求，则可使用一较粗加工刀具小的粗加工刀具，使用残留粗加工策略对材料进行进一步加工，切除原粗加工操作没能切除的大量的材料。

下面范例将使用带区域过滤的偏置策略进行区域清除加工，然后进行三次残留粗加工来练习一下PowerMILL的三维区域清除加工策略中的各项参数。

产生区域清除刀具路径必须：

1. 产生Z高度。
2. 定义策略。
3. 选取值。

•        打开文件----范例下的模型 powerdrill.dgk。



此模型包含电钻铸模的型芯和 型腔两部分，比较复杂，用它来练习，很具有代表性。








•        按模型的最小限/最大限计算毛坯。
•        产生一直径为 40 ，刀尖半径为 6mm 的刀尖圆角端铣刀。
•        将刀具命名为 tr40x6。
•        选取区域清除图标。


•        点取表格顶部的快进高度图标。

于是快进高度表格出现在屏幕上。如果在相对域中的快进类型选项中选取了掠过，刀具将以快进速率提刀到最低一片等高切面以上的相对安全Z高度，避免和模型发生碰撞，然后下刀到相对开始Z高度斜向切入工件。如果没有设置上面的选项，加工完每一切面后，刀具将直接撤回到绝对安全Z高度，这势必会浪费很多时间。

•        选取按安全高度重设。
•        将快进类型改变为下切（或掠过）。
•        从PowerMILL的主工具栏中选取开始点图标。
•        在开始点表格中点取自动----毛坯中心安全高度。


                                       


•        选取偏置区域清除模型，跳出下图所示的图标，选取前面定义的刀具，设置精度和余量等等。




产生Z高度 （下切步距）
Z高度为一系列的Z值列表，将在这些Z值高度上产生区域清除刀具路径。Z高度基于刀具、公差和余量计算，因此计算前应首先确定这些参数值。有多种定义Z高度的方法，但在此例中将使用平面和下切步距来计算。多余的Z高度可通过在区域清除表格中选取删除 > Z 高度 > 通过选取选项，用鼠标选取多余的Z高度删除。

Z高度包括自动和手动两种，手动方法包括平面、下切步距、分割层数、高度数值、

选取手动---平面（和加工平坦区域道理相同）选项后，系统将寻找模型中的平坦区域，由平坦区域的Z高度加上任何余量值来产生该区域的Z高度。
如果选取了手动---下切步距选项，则将首先在毛坯的顶部产生一Z高度，然后按定义的下切步距下降一高度产生Z高度。最后的Z高度为毛坯的底部。恒定下切步距选项方框用来控制下切步距。





•        从表格中选取由手动----平面定义选项，然后点取计算按钮。
•        选取按下切步距定义选项，输入值 10。
•        点取计算按钮，然后点取关闭。




Z高度以绿色线框显示在屏幕上，它包括沿Z轴向下分布的平坦区域Z高度及恒定下切步距10mm的Z高度。








（注释，练习时也可以使用自动分层，数值为10，比较一下上面的分层方法和自动分层方法的区别）
定义切削策略等

此范例使用刀具的行距为25mm。零件加工公差为0.1，留下 0.5mm的余量 供精加工使用。

•        参照下图填写区域清除表格参数。


•        不选取最终轮廓路径选项。
•        选取区域过滤器选项，这样刀具将忽略任何较刀具直径小1.1倍的区域。（有时需仔细调整此值，直到得到所需结果。）
•        设置Z轴下切类型为斜向，最大左斜角为5。
•        其它设置使用缺省值。
•        点取应用，然后点取接受。

这样刀具路径即产生并自动以激活实体形式保存在浏览器的刀具路径目录下。

•        点取浏览器中的 + 可显示产生的刀具路径类型。（如下图所示，本范例中 显示的刀具路径图标为区域清除图标）。同样，点取浏览器刀具图标旁的 + ， 可显示出所定义的刀具。

•        右击区域清除图标将调出一子菜单。
•        从弹出菜单中选取动态模拟并选取合适的模拟速度。点取键盘上的Esc键可中断模拟过程。
•        双击区域清除图标，可不激活此刀具路径。
•        再次双击此图标可重新激活此刀具路径。






仿真刀具路径
ViewMill 提供了一三维图像仿真解决方案，使用它可在加工前对加工路径进行检查。  ViewMill 具有其自带的独立工具栏，通过顶部工具栏中的加工仿真工具栏图标可打开或关闭此工具栏。

•        点取加工仿真图标。


于是加工仿真工具栏出现在屏幕上。

•        选取 ISO 1 查看，查看模型。
•        点取加工仿真视窗切换图标。



于是屏幕视窗切换成加工仿真视窗环境，屏幕上产 生一阴影的毛坯。

•        点取阴影刀具图标。

阴影刀具后可清楚地看到刀具的原点位置。 仿真 很精细的刀具路径时，如果不显示刀具，可显著 加快仿真速度。



•        点取开始/重新开始图标。

于是刀具即沿刀具路径切除毛坯上的材料。

通过仿真加工后的毛坯可清楚地看到，由于使用了区域过滤器选项，避免了零件右上部的型腔部分被加工。这一部分将使用残留初加工或参考刀具路径加工选项来加工。


我们需将Viewmill中加工仿真后的毛坯保存起来，这样便于加工仿真后面范例中的残留粗加工。

•        选取保存毛坯图标。     

•        将毛坯保存在目录C:\ Temp下，名称为 Rest_Block.dmt 。
•        选取加工仿真视窗切换图标，返回PowerMILL图形视窗。

使用参考刀具路径和复杂毛坯进行残留粗加工

此选项允许通过组合使用参考刀具路径和以前所保存的复杂毛坯产生残留粗加工刀具路径。

•        打开区域清除表格。
•        激活刀具路径 1 ，以装载所使用的参数。
•        定义一刀尖圆角端铣刀 tr5。
•        使用文件 Rest_Block.dmt ，由三角形定义一毛坯。
•        在区域清除表格中，将行距改变为 15 ，区域过滤器设置为无。
•        点取参考方框，然后点取插入激活刀具路径名称图标。
•        应用并接受表格。




这样即产生出刀具路径。不显示其它，仅显示刚才产生的刀具路径，可看到此刀具路径切除了已选刀具尺寸所能切除的全部残留材料。







使用PowerMILL5中的残留模型进行残留粗加工




如上图所示：

1．首先在左端的树管理器中右手键，产生一个空的残留模型1
2．点取应用---毛坯 ， 把刀具路径1激活，然后点去应用---第一条激活刀具路径
3．点取计算，生成残留模型，点取显示残留材料
4．可以设置残留余量，值输入为2
5．点取刷新残留材料，显示的残留材料如上图所示。

选取三维区域清除中的偏置区域清除模型策略，设置参数如下图：





参考残留模型1，也产生与上页相同的残留加工的刀具路径



层间斜向切入
斜向层间移动选项允许刀具在区域清除加工过程中按指定角度斜向切入模型。使用此选项时可使用非下切刀具。

值得注意的是在层间或Z高度间进行斜向切入时，快进高度表格中的快进类型应设置为掠过，同时应将安全Z高度和开始Z高度均设置为1.0。这样可避免刀具不必要地撤出工件，从而节省大量可贵的加工时间。

Powerdrill 范例继续..

•        打开区域清除表格，点取快进高度图标。
•        在相对段中的快进类型选项中选取掠过选项，按下图所示输入值 1 。

•        按下接受。
•        在区域清除表格中的Z轴下切域中选取斜向选项。

•        点取选项按钮。
设置最大左斜角为 10 并按下接受。

左斜角是刀具斜向切入毛坯时形成的坡度。右斜角是当斜向长度不允许刀具一次斜向切入时所形成的坡度。



斜向长度以“刀具直径单位” (TDU) 来表示，例如，若刀具直径为 10mm ，则 2 TDU 的斜向长度相当于 20mm。通常斜向长度应大于刀具直径以便于从刀具底部排屑。

右斜角
如果已指定斜向长度，则 PowerMILL 在可能的情况下将插入右斜角进刀。此选项的 系统缺省设置是独立选项旗标置为开，即需自行输入最大角。右斜角的最大角方框缺省设置为0。旗标置关时，其值将与左斜角相同。

此处指定的是左斜角和右斜角的最大角，而不是绝对角度。因为斜向长度是固定的，不能改变它，因此，为保持恒定斜向长度，有时需要调整这些角度。角度总是减小（绝对不增加），这样才能保证在指定长度下同时满足左斜角和右斜角的要求。

•        点取区域清除表格中的应用和接受按钮。




放大拐角处可看到，斜 向移动显示为蓝色。









轮廓区域清除
每一层均可进行轮廓加工，以切除区域清除路径所留下的刀痕。使用平行策略进行加工时，可使用全部的轮廓选项，但使用轮廓策略进行加工时，则仅切削方向域呈激活状态。

何时
决定加工过程中何时运行轮廓路径，它有四个选项。

        无 – 不运行轮廓路径。
        在…之前 – PowerMILL 首先运行轮廓路径，然后再运行平行路径。
        在…期间 – 在运行平行路径过程中，系统将寻找并运行轮廓路径。
        在…之后 – PowerMILL 最后运行轮廓路径。

切削方向
决定刀具运行方向。选取单方向可能会增加提刀次数。

任意 – 选取此选项后，刀具将在双方向移动，同时进行顺铣和逆铣。
顺铣 – 选取此选项将迫使刀具仅在一个方向运动，仅进行顺铣。
逆铣 – 选取此选项将迫使刀具仅在一个方向运动，仅进行逆铣。

外部轮廓
选取此选项后，将加工毛坯周边。
最终轮廓路径
此选项位于区域清除表格中的轮廓区域内，选取此选项后，在区域清除加工中将首先按一定余量进行区域清除加工，随后在同样的Z高度进行无余量的最终轮廓路径加工。使用此选项可减少刀具磨损。


指定的行距
现在可指定平行路径第一刀的行距，而不是使用刀具的半径做为第一刀的行距，这样刀具可从毛坯之外切入毛坯。





偏置方向
偏置方向选项控制刀具路径的方向。
自动 - 自动选取由内向外或由外向内，其选取取决于加工的是型芯或型腔。
由内向外 - 从最里面轮廓开始向外加工。
由外向内 - 从最外部轮廓开始向内加工。
光顺激活
选取此选项将光顺任何由偏置刀具路径产生的尖角。此选项对不允许突然改变加工方向的机床加工如高速加工机床尤其有益。

先加工最小的
选取此选项后，将首先加工材料中最小的区域，以避免损坏刀具。

最大光顺余量
定义自尖角的最大偏差，其最大值是行距值的 40%，也即如果行距设置为 10mm， 则 从尖角到光顺后的圆角的最大距离为  4mm 。

偏置范例
在区域清除选项表格中有两个偏置选项－类型和方向，同时类型选项中又有两个选项－全部和模型。

•        打开范例模型 handle.tri。
•        按最小限/最大限计算毛坯，然后将其在X方向和Y方向扩展 15 。
•        重设快进高度和刀具开始点。
•        定义一直径为 10mm ，名称为 em10 的端铣刀。



这是一无底座的模型。使用模型平面 功能可快速为模型产生一底座。








•        右击浏览器中的模型目录，从弹出菜单中选取平面>自毛坯选项，在Z 0处产生一平面。











•        在表格中输入 0 ，然后点取绿色的勾。





于是模型在Z0处新增一和毛坯尺寸 相同的平面。





•        打开区域清除表格，选取偏置策略。
•        设置切削方向为顺铣，行距为4，公差为 0.05 ，余量为 0。
•        由平面定义Z高度（应仅存在一个平面）。
•        应用并接受表格。






这样即使用缺省选项全部产生了一偏置刀具路径。 这种设置将同时按毛坯和模型偏置，可使提刀次数最小。










•        打开区域清除表格，点取选项按钮。


•        在区域清除选项表格的偏置域中的类型选项下选取模型选项。


•        接受此选项表格。
•        应用并接受区域清除表格。



这种方法使用和零件形状直接相关的等高切面作参考，按指定偏置距离进行一系列的偏置加工，直至毛坯尺寸。

这种类型偏置的优点是：保持恒定刀具负荷和排屑率，始终保持顺铣方向，避免全刀宽切削。但这种方法将增加提刀次数。这种方法尤其适合于简单形状的型芯加工。











赛车线光顺
这种选项使用了不同的方法来改善区域清除偏置路径，它尤其适合于高速加工。使用赛车线策略进行加工时使用的是可变行距，使用它可消除刀具路径中的尖锐拐角。

•        打开区域清除表格，和前面一样选取偏置选项。
•        点取光顺激活选项，将光顺余量设置为 25%。



接受此选项表格，产生刀具路径。


于是产生出一条更光顺的刀具路径。


•        显示刀具路径 2 并将它和刀具路径 3 进行比较。



左图是隐藏了切入切出和连接后的两条刀具路径。 它们看起来差别很大，但都在公差范围内。 赛车线刀具路径显得更加光顺且加工速度均匀 、稳 定，因此加工速度也就快得多。

这种刀具路径使得刀具负荷更加稳定，可减少刀具磨损，改善加工质量。


区域清除加工的一般信息
以下是区域清除表格中的其它的一些选项的说明，这些内容在程序中的帮助部分也可找到（英文）。

切削方向－可设置为顺铣或逆铣，或任意（双方向切削）。

型腔加工－选取此选项后，将逐个型腔顺序进行加工而不是逐层进行加工。

区域清除选项表格中的自动角度的缺省设置为不设置，手动角度设置为 0。角度是相对于X轴的角度，因此全部加工均将以0角度加工。

自动角度
选取自动角度后，PowerMILL 将根据所选自动角度方式如区域、型腔、模型或 Z 轴层 自动计算该方式的最佳角度。

区域 - PowerMILL 首先依次检查每个区域，然后为每个区域选取最佳角度。
型腔 - 在整个毛坯尺寸范围内为每个型腔选取最佳角度。
模型 - 选取用于整个模型最佳角度。
Z 轴层 - 为每一特殊层或等高切面选取最佳角度。

手动角度
自定义加工中使用的角度，角度缺省值为 0 ，即沿 X 轴。

连接范围
PowerMILL 沿将切削区域的轮廓连接平行路径。

无限范围
标记此选项后，将寻找并连接某区域全部的刀具路径，以减少提刀次数。

如果不标记此选项，则按有限范围选项中指定的距离值寻找并连接刀具路径。如果在指定范围没发现刀具路径，则使用快进方式连接路径。

有限范围
改变有限范围值可改变快进和切削移动间的分配比例，从而优化刀具路径。此参数影响到分割后的平行刀具路径，如当某层中包括孔时，PowerMILL 将尽可能多地加工此 处而不提刀，加工完毕此处，后再移到新的加工的位置。

删除多余的平行路径
使用大刀具进行平行轮廓加工时，有些区域将被加工两次，这势必浪费时间。设置删除多余路径后，刀具再次经过已加工区域时，将提刀而不加工此区域。如果不设置此选项，则将加工全部平行路径。

最小全刀宽切削
由于平行图案的搜寻特性，刀具偶尔会以全刀宽进行切削，这在加工软材料时不是什么问题，但当加工硬材料时却会损坏刀具。设置最小全刀宽切削后，系统将删除（尽可能多地）所有可能导致全刀宽切削的平行路径。

保持恒定行距
刀具路径间的行距由区域清除选项表格中的行距选项确定。设置保持恒定行距选项，可将一定区域内的行距保持恒定。
Z高度
可用五种方法产生 Z 高度，它们分别是：分割层数，下切步距，高度数值和中间层数以及平面。

分割层数 - 按给定层数等距分割毛坯，最低层在毛坯的底部。  

下切步距 - 首先在毛坯的底部产生一 Z 高度，然后在 Z 方向按给定下切步距上升一个 高度。最后的 Z 高度位于毛坯的顶部。如果点取了保持恒定下切步距选项，则所有层 间的距离将保持恒定，系统将自动修改下切步距值，使得产生的层间的距离均匀并尽量接近指定的下切步距值。

高度数值 - 按给定值产生单个 Z 高度。可按所需指定任意多个 Z 高度，但一次只能产 生一个。

平面 - 识别模型中的平坦区域并按此平坦区域的高度产生一Z高度。

中间层数 - 在当前 Z 高度间增加指定数量的 Z 高度。

附加Z高度
也可使用已保存的区域清除刀具路径的Z高度。某一刀具路径被激活后，区域清除Z高度表格中的附加按钮即被激活。

Z 轴下切
此选项决定刀具如何切入毛坯而开始加工每一刀具路径段。许多刀具路径包含一个段，但当刀具路径被分割成多个段而需提刀撤回时，这样进行下一段加工时，刀具则需有一个切入工件的动作。在此有如下选项：

下切： 从刀具路径起点上垂直切入毛坯。
斜向： 斜向下刀，其值由斜向选项表格所决定。
钻孔： 沿钻孔路径产生的预钻孔位置下刀。

外部接近
点取此选项后，将迫使切入移动为从外部接近毛坯。当毛坯以图形或三角形文件定义时，此选项无效。