2024年4月8日发(作者：)

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基于PowerMILL曲面铣削加工中刀具路径

选择的研究

作者：姜波 钟浩 朱彬 周珊珊

来源：《环球市场》2019年第24期

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摘要：本文通过PowerMILL编程选择不同路径加工曲面，结合实际曲面加工，评价刀具

路径对表面质量的影响，进而，分析不同刀具加工路径的优势，评价曲面加工表面质量，分析

缺陷原因，从而选择合适的加工参数，优化工艺方案，对实际生产具有一定的指导意义。

关键词：PowerMILL;曲面加工;表面质量;优化参数

一、引言

数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国

家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上各工业发达国家均采取

重大措施来发展自己的数控技术及其产业[1]。

PowerMILL是加工策略丰富的数控加工编程软件系统。采用全新的中文WINDOWS用户

界面，提供完善的加工策略。帮助用户产生最佳的加工方案，从而提高加工效率，减少手工修

整，快速产生粗、精加工路径，具有加工实体仿真，方便用户在加工前了解整个加工过程及加

工结果，节省加工时间。故应用比较广泛。

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对于三坐标加工，目前的编程系统一般能很好地完成，达到较高的稳定性，但曲面加工的

质量和效率在很大程度上依赖于高效的刀具路径生成算法、加工方案和加工参数的优化选取，

所以，对三轴加工的研究热点集中在加工特征识别和刀具路径规划。本文通过对铝块进行铣削

半球面为例，对轮廓误差进行补偿，找到能够加工出精度较高的合适的加工路径，从而广泛应

用于实际生产生活中[2]。

二、曲面粗加工及半精加工路径

环形刀具路径是一种常用路径。在整个曲面，环形铣加工路径能够在加工曲面上保持一致

的高度。刀具一直与曲面相接触，使收缩运动减少到最小。这种路径的工作方式非常好，它可

以从外部开始以环形向中心运动，或者是从中心开始向外部以环形运动。缺点是不论它向外部

运动或者是向中心运动，当在曲面上改变切削方向时，会在加工过的表面留有“可见刀痕”。一

般在粗加工和半精加工过程中这种加工路径非常有效，因为它可以快速去除毛坯材料和在粗加

工时留下的阶状材料，当不需要特别好的表面粗糙度曲面时可以用到它[3]。

类型的另一种刀具路径为平行路径。刀具进给以直线平行来通过整个加工曲面，这些直线

型切削不一定会平行于机床轴。它可以在任何角度加工，但是所有通过曲面的加工路径都要平

行的。在大多数情况下，这样的刀具路径可以切出最好的表面粗糙度。

平行铣削在每一次走刀的行程要反复定位。Z形铣削在一个方向是顺铣[4]，在另一个方向

是逆铣。这通常会产生不均匀的表面，在质地较硬或难切的材料时，刀具磨损会较快[5]。

三、不同走刀路径对曲面加工质量的影响

本实验中为了更快的去除多余材料，粗加工选用环形铣削方式进行。而精加工選择两种最

常见的加工方式：环形铣精加工和平行精加工去除，分别采用相同的加工参数，导入程序，在

HAAS加工中心上铣削铝合金工件，并进行对比，得出结论。铣削参数的选择，精加工刀具路

径、粗加工余量、精加工行距、精加工主轴转速分别为：环形铣精加工0.5mm、0.05mm、

20000rpm;平行精加工0.5mm、0.05mm、20000rpm。

分别采用两种路径的铣削加工方式下进行PowerMILL程序仿真，环形精加工和平行精加

工仿真效果图如图1和图2所示：

以上即为环形铣削粗精加工刀具路径下的数控铣削半球面的编程步骤及解析，在哈斯数控

加工中心上加工出工件后进行三坐标测量，以期得到半球面轮廓度数据，后续分析和评价。精

加工刀具路径、上偏误差、下偏误差、总误差、粗糙度分别是：环形铣精加工+0.040、-

0.027、0 067、可见刀痕;单向式平行-0.019、0.050、较光滑。

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把经环形铣精加工所得半球面进行三坐标测量分析，测量所得面轮廓度误差为0.067mm，

其中相对于拟合理想曲面轮廓上偏差为+0.040mm，下偏差为-0.027mm。此所得数据基于无基

准面轮廓条件下，三坐标测量机根据采集到的各个坐标点进行数学运算拟合出一个理想轮廓球

面，数据反映实际半球面落在以误差值为直径的球所在包络面范围内。经与经验比较，此面轮

廓度误差较大，实验应控制在0.050mm以内，此外球体直径尺寸为29.927mm，符合公差要

求，本实验主要讨论形状公差，故不予讨论。下面给出实际加工工件图。

从环形铣削加工方式和平行铣削加工方式两种方式下加工工件结果来看，环形铣削工件表

面依稀可见刀具铣削痕迹，表面粗糙度并不十分理想，另外工件球面上存在两条X型痕迹明

显。产生原因为刀具铣削路径的不足，由于环形铣削精加工的走刀路径为由工件外向内进行环

形铣削，每走四分之一周长球面刀具切削方向大幅改变，并且刀刃与工件的实际接触点在整个

球头面上不断改变，依靠铣刀刀位点编程得出的刀具路径生成必然产生拟合误差，形状精度和

表面粗糙度都受到系统影响。而平行铣削加工方式下加工工件表面质量较好。

针对以上结果，首先为了提高表面粗糙度，避免可见刀痕，使曲面光洁，应尽量避免刀具

铣削过程中铣削力方向的多次改变，这就需要规划更为合理的走刀路径;由于环形铣精加工本

身的不足，为了提高球面轮廓度，减少实际刀刃接触点的位置变化，应采用更为平稳的平行精

加工走刀方式，此外可适当改变编程参数的设置，兼顾加工效率和加工精度。

四、总结

在曲面铣削加工中，相同参数下，平行精加工方式的加工质量要优于环形铣精加工方式，

基于Powermill软件可以很好地预测加工铣削质量，从而选择合适的加工参数，应用于曲面加

工，从而指导工业生产，很好地减少成本。

参考文献：

[1]肖调生.浅谈球头铣刀加工曲面时刀具路径的优化[J].Equipment Manufactring

Technology，2009.

[2]王文凯.基于PowerMILL的复杂曲面五轴数控加工[J].南京工业职业技术学院学报，

2015.

[3]关耀奇.球头铣刀加工曲面刀位的计算[J].机械研究与应用，2003

作者简介：姜波（1989-），男，山东潍坊人，山东工业技师学院助教，硕士，主要研究

方向机电一体化、高效精密加工技术;钟浩（1981-），男，山东潍坊人，山东工业技师学院讲

师，工程硕士，主要研究方向机械工程领域，金属材料的表面改性技术。