等高銑削加工中的層與深度

楊景麗

等高加工是刀具逐層切削材料的一種加工類型。在數(shù)控車中分由外及里或由里及外，類似于常使用的G71、G72、G73（Fanuc系統(tǒng)）循環(huán)指令內外圓的粗、精加工，而在數(shù)控銑/加工中心中，只能由高到低或由頂?shù)降祝ㄅP式加工中心）。本文僅討論數(shù)控銑/加工中心CAM軟件編程時，層與深度的選擇及注意事項，其他的暫不討論。

等高加工是CAM軟件最常見加工類型之一，完成等高加工，對機床最低要求2.5軸。等高加工對平面、曲面、垂直平面等都能很好的適應，近似一種截平面輪廓銑，也有人形容這種加工方法為‘水落石出法。等高加工在模具加工領域應用較廣泛，更有甚者將等高加工稱‘一招打天下，足以說明等高加工在CAM軟件編程中的地位。如此重要的加工策略本應該被人們熟知、熟用，細節(jié)把握也更應準確，然而，在當今信息交流如此廣泛、便捷的時代卻很難找到專門敘述等高加工中層與深度的論述。固在此一論，拋磚引玉，如有謬誤還望指正。

等高加工的層與深度在不同的軟件中敘述、翻譯是不一樣的，有的軟件稱之為依層與依區(qū)域或者層優(yōu)先與深度優(yōu)先，本文表述時盡力表述全，以免引發(fā)歧義。個人更傾向于使用層與區(qū)域，如此，更規(guī)范也易讓人理解，但，鑒于大多數(shù)軟件在設計及翻譯等原因，都是以層與深度作為選項，所以本文也以層與深度論述。

如何理解等高加工中的層與深度呢？我們通過加工示例來敘述，如圖1。示例中共有4個非相連區(qū)域需要加工，毛坯為方料，四周及上下面都以精加工，只需采用等高加工策略完成四個槽的粗、精銑。既然使用等高加工，就會涉及到選擇依層與依深度，依層與依深度有何區(qū)別？通過圖示講解。首先，依層是指加工過程中非‘相連區(qū)域的加工是同步進行的，我們得到的是‘共同致富，如圖2；依深度是指加工過程中非‘相連區(qū)域的加工是依區(qū)域、順序進行，其結果表現(xiàn)‘部分人先富裕起來的策略，如圖3。

通過圖示我們能很好理解依層與依深度加工策略的不同之處，然而在這兩種加工策略中有幾個小問題需要思考，依層與依深度的優(yōu)缺點？應用場合？誰更應該成為默認選項？如何完美結合？

依層與依深度優(yōu)缺點：

依層（層優(yōu)先）是刀具在整個加工過程中零件形狀是按完成一個水平‘切面材料去除后再一個的方法加工，這種方法有兩個特點，同一深度一次完成、完成前一層才能進行下一層。如此依層的優(yōu)點也就體現(xiàn)出來了：加工深度保持一致，加工順序、步調一致，缺點是為了保持深度、順序、步調一致，各區(qū)域之間的抬刀、落刀就會太多，造成效率降低，如果出現(xiàn)下刀設置錯誤還會出現(xiàn)‘扎刀現(xiàn)象，所以效率低、安全隱患是依層（層優(yōu)先）的缺點。

依深度（深度優(yōu)先或區(qū)域優(yōu)先）對零件非相連區(qū)域采取加工完一個再進行下一個，這樣就能避免了太多的抬刀，提高了加工效率，但由于加工區(qū)域深度不一致選擇刀具長度時只能依據(jù)最深的型腔選擇，有時因為刀具剛性差，加工振動造成表面質量差；而不同的加工深度也會造成易變形零件或剛性較差零件出現(xiàn)變形不均勻等問題。

依層以及依深度各應用場合：

當零件加工深度方向落差較大，需要更換多把不同長度刀具時（圖4）或者避免前面加工影響后面加工的如變形、鐵屑堆積、剛性變差等（圖5）可采用依層（層優(yōu)先）。能減少刀具更換次數(shù)。

依深度（深度優(yōu)先或區(qū)域優(yōu)先）通常使用在深度整體變化不大，變形及剛性改變可忽略的零件或者需要調整壓板等場合（圖6）。

誰應該成為默認選項：

依層（層優(yōu)先）相對來說同步、效率低，而依深度（深度優(yōu)先或區(qū)域優(yōu)先）效率高但會出現(xiàn)刀具過短造成的安全問題，單從安全與效率的角度來講當然安全應該放在第一位，這也是大多CAM軟件采用依層為默認選項。安全既然作為優(yōu)先考慮，那么編程員在程序編制時第一時間就會排除安全隱患，安全隱患排除了也就沒有安全問題了，有人說初學者考慮不到那么周全，可是又有誰會讓初學者直接做程序員？而對于效率的問題無論新老程序員卻經(jīng)?！雎?，如果默認選項為依深度（深度優(yōu)先或區(qū)域優(yōu)先）就會避免該問題，哪一個應該成為默認選項，心中自有定數(shù)。

如何發(fā)揮二者的優(yōu)勢：

人們常說魚與熊掌不可兼得，怎么處理才能解決這個問題呢？這里推薦‘樓層法?！畼菍臃ㄈ缤w房子一樣，先將整個加工過程分為不同的幾個階段，也就是‘依層（直接以加工深度控制），而各個階段采用依深度（深度優(yōu)先或區(qū)域優(yōu)先）加工。

相連區(qū)域：

決定區(qū)域之間是否相連，不是幾何圖形中的相通，更多的時候需要考慮刀具的直徑，刀具的直徑會影響到在何處分區(qū)。同時那些‘隱蔽分區(qū)之間極易被人們忽略，忽略的后果會使清角的刀具切削量瞬間增大，表面質量不易保證，嚴重的會出現(xiàn)刀具損壞、零件報廢！如何判斷相連區(qū)域是否會分區(qū)，取決于使用的刀具以及連接表面余量。如果刀具直徑與余量二倍之和大于區(qū)域之間的距離，就會自然形成不同區(qū)域，既然區(qū)域不同，那么加工策略繼承總選項如圖7。