03-三维区域清除

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3. 三维区域清除

对三维模型部件进行初加工的主要方法称之为三维区域清除策略。这种策略提供了多个二维区域清除选项，从零件的最上层轮廓，一个切面一个切面地按用户指定的Z高度，依次逐层向下加工零件。   
系统同时还提供了一个和三维区域清除相似的策略组－2.5D区域清除策略，用它来进行 PowerMILL 2.5D 特征加工（课程最后一天将介绍这方面的内容）。
















区域清除加工时，刀具向下切入到一个指定Z高度，全部清除此区域（切面）后，再下切到下一Z高度并重复上述过程。通常也将这种加工方法称之为水线初加工。











对某些部件来说，可使用残留加工方法，使用一较小的粗加工刀具对部件进行二次区域清除加工。残留加工将切除原粗加工刀具无法加工到的区域，如型腔区域的剩余材料或是残留模型中的残留材料。使用残留加工方法可降低刀具载荷，保证随后的精加工操作能保持更稳定的材料切除率。
  
如果加工对象是铸件或锻件，则可能不需要进行任何区域清除加工而直接进行半精加工。
刀具路径
需要使用合适的值来控制刀具路径的切削精度和残留在材料上的材料余量。控制这两个值的参数分别为公差和余量，它们可预先设置。



余量指定加工后材料表面上所 留下的材料量。可指定一般余 量（如图所示），也可在加工 选项中分别指定单独的轴向和 径向余量。
也可指定实际模型中一组曲面的余量。
























                           大公差                                       小公差

公差用来控制切削路径沿零件形状的精度。初加工可使用较粗糙的公差，而精加工必须使用精细公差。

注 如果余量值大于零，则其值必须大于公差



平行区域清除范例

•        激活浏览器中的刀具 d50t6 。





•        在主工具栏中点击刀具路径策略图标。









•        从打开的表格中选取平行区域清除模型选项。


•        输入名称 D50T6_A1。






•        设置行距为 20。


•        设置下切步距为 10。



•        其它选项使用缺省设置，点击应用按钮。
•         处理完毕后，取消表格。

打开平行区域清除模型表格后，浏览器视窗中即产生一未经处理的刀具路径（刀具路径的缺省名称在此已改变为D50T6_A1）。

此后可点击刀具路径图标来激活或不激活此刀具路径。


点击加号 + 可展开树，查看用于产生刀具路径的全部数据的记录。
在此，红色的点划线代表快进，淡蓝色的线代表下切。从上图可看到，下切距离太长，时间大量地浪费在刀具在自由空间的下切移动上，而这个下切过程的大部分都可以快进移动代替。
我们可重新利用当前刀具路径，用新的设置来提高刀具在部件间的移动效率，加大以快进速率移动量。

•        右击浏览器中的刀具路径，打开弹出菜单。



•        选取设置选项，重新打开平行区域清除模型表格。
•        点击下图所示图标。








•        从主工具栏中选取快进高度图标   。
•        如下图所示，在快进高度表格中选取掠过选项并将安全Z高度改变为 5 ，开始Z高度改变为 3 。









•        接受上面的表格并点击平行区域清除模型表格中的应用。处理完毕后，点击取消，关闭表格。

于是刀具在加工完毕一个等高切面区域后，即会以快进速率快速提刀到相对－安全Z高度并在此高度上以快进速率快速掠过已加工表面。到达下一加工位置后，快速下降到相对－开始Z高度（紫色移动），随后以下切速率下切到工件（浅蓝色移动）。





















这样即通过在快进高度表格中选取掠过选项，设置使用相对安全Z高度和开始Z高度，重新进行了刀具路径设置（注：实际操作中进行Recycling和刀具路径复制时可改变多个参数）。
下面我们将复制上面的刀具路径，然后使用区域过滤器选项删除四个拐角的单个刀具路径。

•        选取设置，重新打开平行区域清除模型表格。
•        点取下图所示图标。






•        在打开表格的区域过滤器域中（表格的左下角）输入下图所示设置（注：不勾取仅过滤闭合区域）。

                     

于是将过滤掉全部刀具路径跨距离比刀具直径单位（TDU） 小的区域，这些区域将不会出现在产生的刀具路径中。                           
            

•        应用平行区域清除表格，计算完毕后点击取消，关闭表格。



这样即使用缺省平行区域清除策略用平行路径加工完毕模型的主体部分。模型周围剩下的几个拐角可随后使用单个轮廓策略一次加工完毕。







浏览器中产生了一新的不包括模型拐角部分加工的刀具路径 D50T5_A1_1 。










仿真刀具路径

ViewMill 提供了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。

•        点击主工具栏右手边的加工仿真图标。   




于是仿真工具栏出现在屏幕上。

•        选取 ISO 1 查看，并放大查看模型。
•        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。 阴影刀具后会降低仿真速度。









•        点取开始/重新开始图标。




于是刀具路径即被仿真，显示出定义材料的动态切除过程。
再次点击阴影刀具图标，关掉刀具阴影，这样可加快仿真速度。









左图为加工完毕后的毛坯。








•        点击加工仿真切换图标，回到PowerMILL。


仿真后，PowerMILL暂时不会删除仿真结果，仿真结果将被置于后台，这样对后续刀具路径进行仿真时可在前一刀具路径的仿真结果的基础上继续进行。

•        从主工具栏中选取文件->保存项目选项，更新保存数据。


于是项目Speaker_Core 即被更新，它中间现在包含有新产生的三维区域清除刀具路径。


•        从主工具栏选取文件->全部删除。




•        从主工具栏选取工具->重设表格。

这样不用退出PowerMILL就可将全部表格设置为系统的缺省设置状态。
偏置区域清除范例

•        从PowerMILL_Data\models打开模型 WingMirrorDie.dgk 。












•        产生一刀尖圆角半径为6，直径为40的刀尖圆角端铣刀d40t6。
•        从主工具栏中点击毛坯图标，打开毛坯表格并按模型尺寸计算毛坯。
•        重设快进高度并将相对移动设置为掠过。
•        在开始点表格中设置自动和毛坯中心安全高度。














•        从主工具栏中点击刀具路径策略图标  。









•        选取偏置区域清除模型选项，打开下面表格。

               输入名称D40T6_D1。
               选取斜向。


               点击斜向选项，如下图所示，在打开表格中输入最大左斜角 4,沿着圆弧，圆弧直径 0.6 。
                  

               
                  








  类型为全部  (缺省)


•        参照上图输入或修改数据后，点击应用按钮，产生出下图所示的偏置区域清除刀具路径。





在偏置区域清除刀具路径中，如果类型选取为全部，则刀具路径将同时沿模型和毛坯轮廓进行加工，然后逐渐偏置到每个Z高度上的剩余材料区域。









•        点击主工具栏右边的加工仿真图标。   




于是加工仿真工具栏出现在屏幕上。

•        选取 ISO 2 查看，查看模型并尽可能将模型放大到占满整个图形视窗。
•        点击加工仿真切换图标。
•        运行 ViewMill ，仿真刀具路径。



从仿真结果可看到，使用当前尺寸大小的刀具不能加工出全部需要加工的区域（如左图箭头所示。
因此我们需要使用一较小尺寸的刀具，继续使用区域清除策略来加工这些剩下的局部区域。
我们将这种加工方法称之为残留加工。






残留加工

残留加工可通过三维区域清除表格设置。残留加工可直接基于前一定义的参考刀具路径进行或是基于残留模型进行。
下面首先演示如何使用参考刀具路径进行残留加工，然后再演示如何使用残留模型进行残留加工。
残留模型代表了加工过程中的任何时刻的未加工材料即剩余材料。可首先产生一残留模型元素并将它应用到毛坯上，然后应用不同的刀具路径。每次更新后，残留模型将自动调整并显示出毛坯上还未加工的材料。


使用参考刀具路径进行残留加工

•        产生一刀尖圆角半径为3，直径为16的刀尖圆角端铣刀d16t3。
•        右击浏览器中的刀具路径图标，于是平面上弹出下图所示的下拉菜单。








•        从菜单中选取设置选项，重新打开偏置区域清除模型表格。
•        点击下图所示的复制刀具路径图标。

注：全部用于产生原始刀具路径的几何元素均将被激活。


•        激活新产生的刀具 d16t3。

          输入新的名称 D16T3_D1。


箭头所指的选项通过和前面产生的参考刀具路径D40T6_D1进行比较来控制残留加工限界。









设置类型为模型（这将仅基于模型轮廓产生偏置刀具路径）



•        参照上图输入或修改数据后，点击应用按钮，产生出下页所示的新的偏置区域清除刀具路径。
•        取消表格。

















•        点击加工仿真切换图标         ，进入 ViewMILL。
•        着色（蓝色）   当前仿真模型表面。

•        运行 ViewMill ，仿真新产生的刀具路径。





通过加工仿真可看到，小刀具加工出了参考刀具路径没能加工到的区域，使加工零件更接近于部件形状。
残留加工可减少后续精加工操作中的刀具过量磨损和损坏的危险。



使用残留模型进行残留加工

另外一种残留加工方法是使用残留模型进行残留加工。使用残留模型进行残留加工的其中一个优点是可直观看到使用相关刀具路径加工后模型上剩下的残留材料。
下面范例将演示如何产生出刀具路径D40T6_D1 后的残留模型，然后使用所产生的残留模型进行残留粗加工。





•        在PowerMILL浏览器中激活刀具路径 D40T6_D1。





•        右击 PowerMILL 浏览器中的残留模型选项，从弹出菜单中选取产生选项。








•        在 PowerMILL 浏览器中右击新产生的残留模型图标，从弹出菜单中选取应用->第一条激活刀具路径选项。







•        在与上面相同的菜单中选取计算选项，于是我们得到下图所示的残留模型。






















•        在与上面相同的菜单中选取显示残留材料选项，于是我们得到下图所示的残留模型。
























•        在浏览器视窗中激活刀具路径 D16T3_D1。
•        右击刀具路径图标，从弹出菜单中选取设置选项，重新打开偏置区域清除模型表格。
•        点击复制刀具路径图标。





•        在区域清除表格中的残留加工域做以下设置。








•        点击应用按钮后，即可得到下图所示的名称为D16T3_D1_1的残留加工刀具路径。我们可看到新产生的刀具路径效率更高。

•        取消此偏置区域清除表格，从屏幕上我们可看到下面的刀具路径。






















            

•        从主工具栏中选取文件->保存项目选项，将项目保存在 C:\temp\Wing_Mirror_Die。

•        在光标置于PowerMILL浏览器中的刀具路径上，从弹出菜单中选取全部删除选项。

•        使用同样的方法删除全部模型和残留模型。

•        从主工具栏选取工具->重设表格选项。



这样不用退出程序即可将表格中的内容设置为缺省的 PowerMILL 表格设置。











偏置区域清除 – 类型– 模型

这是为高速加工所设计的一种偏置区域清除策略。这种策略具有非常恒定的材料切除率，但代价是在工件上存在大量的快速移动（对高速加工来说是可接受的）。正确应用这个策略可显著降低刀具和机床磨损。
这种策略基于部件在每个Z高度上的轮廓，在每个Z高度上连续进行偏置切削，直到切到材料毛坯。

•        打开目录PowerMILL_Data\models下的模型 Handle.dgk 。
•        激活刀具 d16t3。
•        从主工具栏打开毛坯表格，按模型尺寸计算毛坯。锁住最大Z和最小Z值，输入扩展值 10 ，再次点击计算。
•        重设快进高度并将相对移动设置为掠过。
•        在开始点表格中设置方式为自动，开始点为毛坯中心安全高度。
•        从主工具栏中选取刀具路径策略图标  。
•        选取偏置区域清除选项，打开下面的表格。


                  





         

















•        参照上图输入或修改数据后，点击应用按钮，产生出下页所示的新的偏置区域清除刀具路径。


















•        如上图所示，选取 Iso 1 查看，右击PowerMILL浏览器中的刀具路径d16t3菜单，于是屏幕上弹出有关该刀具路径的选项菜单。
•        选取动态模拟->中选项，动态模拟刀具路径（点击Esc可停止动态模拟）。


从上图可见，刀具进行连续的顺铣加工，每条刀具路径的开始位置都和材料毛坯具有一定的距离，这样便于进给加速，使刀具切入工件前的进给率达到最佳。每条路径都保持非常恒定的切削率。这个策略存在的唯一一个问题是，刀具路径方向偶尔存在突然改变。我们可使用高级设置，通过自零件中心向外逐渐弄直刀具路径来改善这种缺陷。 为此需指定一自名义行距的偏差。




•        右击PowerMILL浏览器中的刀具路径d16t3图标，于是屏幕上弹出有关该刀具路径的选项菜单。
•        从弹出菜单中选取设置选项，重新打开偏置区域清除模型表格。
•        点击复制刀具路径图标。























•        于是重新打开偏置区域清除表格，勾取光顺余量选项，滑块设置使用缺省设置 (25%)。
•        点击应用，产生一新的刀具路径 d16t3_hsm1_1 。



















比较这两条三维偏置区域清除刀具路径（类型－模型），可看到第二条刀具路径和第一条刀具路径相比要更加平滑（因为应用了25% 光顺选项）。

•        从主菜单选取文件 – 删除，删除当前项目的全部数据。

•        从主菜单选取工具– 重设表格选项。  


这样不用退出程序即可将表格中的内容设置为缺省的 PowerMILL 表格设置。


区域清除加工的基本信息
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）。












点击区域清除表格中的余量按钮可输入不同的径向和轴向余量值。精加工表格中也提供了类似的按钮。






避免刀具过载
Avoid Tool Overload


勾取限制刀具过载后，在可能出现过载的刀具路径区域（通常在拐角、狭窄的槽、等处），PowerMILL将自动输入一摆线刀具路径，以减少刀具的全刀宽切削。刀具过载量由表格中的滑块控制，以百分比描述。













Z 高度
如果在区域清除表格中将下切步距设置为手动，则可用五种方法产生 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。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（＋余量）。

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，附加按钮即被激活。

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
如果选取了此选项，则将进行毛坯周边轮廓加工。
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。
允许刀具在毛坯以外
等高切面产生表格中提供了允许刀具在毛坯以外选项框。
点取此选项后允许平行跨的第一条路径位于指定行距，而不是用刀具半径值所定义的位置。使用此设置可使刀具从毛坯外部切入毛坯。
斜向
此方法可用在刀具无法从毛坯外部切入刀具路径的全切削深度位置的情况（如型腔内）。


左斜角是刀具沿加工方向斜向切入毛坯时形成的坡度。有三种不同类型的斜向切入选项，它们分别是刀具路径、圆弧和直线。如果限制了左斜角的长度（斜向长度）即斜向长度设置为有限，则将应用和左斜角移动方向相反的另外一种斜向移动－右斜角移动。

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
如果勾取了有限斜向长度选项，则 PowerMILL 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。

如果选取了外部接近选项，则在保证不出现过切的情况下，将优先使用外部接近切入方法。

如果斜向切入设置会导致过切，则它将被下切切入方法所替代。