等高铣削加工中的层与深度

杨景丽

等高加工是刀具逐层切削材料的一种加工类型。在数控车中分由外及里或由里及外，类似于常使用的G71、G72、G73（Fanuc系统）循环指令内外圆的粗、精加工，而在数控铣/加工中心中，只能由高到低或由顶到底（卧式加工中心）。本文仅讨论数控铣/加工中心CAM软件编程时，层与深度的选择及注意事项，其他的暂不讨论。

等高加工是CAM软件最常见加工类型之一，完成等高加工，对机床最低要求2.5轴。等高加工对平面、曲面、垂直平面等都能很好的适应，近似一种截平面轮廓铣，也有人形容这种加工方法为‘水落石出法。等高加工在模具加工领域应用较广泛，更有甚者将等高加工称‘一招打天下，足以说明等高加工在CAM软件编程中的地位。如此重要的加工策略本应该被人们熟知、熟用，细节把握也更应准确，然而，在当今信息交流如此广泛、便捷的时代却很难找到专门叙述等高加工中层与深度的论述。固在此一论，抛砖引玉，如有谬误还望指正。

等高加工的层与深度在不同的软件中叙述、翻译是不一样的，有的软件称之为依层与依区域或者层优先与深度优先，本文表述时尽力表述全，以免引发歧义。个人更倾向于使用层与区域，如此，更规范也易让人理解，但，鉴于大多数软件在设计及翻译等原因，都是以层与深度作为选项，所以本文也以层与深度论述。

如何理解等高加工中的层与深度呢？我们通过加工示例来叙述，如图1。示例中共有4个非相连区域需要加工，毛坯为方料，四周及上下面都以精加工，只需采用等高加工策略完成四个槽的粗、精铣。既然使用等高加工，就会涉及到选择依层与依深度，依层与依深度有何区别？通过图示讲解。首先，依层是指加工过程中非‘相连区域的加工是同步进行的，我们得到的是‘共同致富，如图2；依深度是指加工过程中非‘相连区域的加工是依区域、顺序进行，其结果表现‘部分人先富裕起来的策略，如图3。

通过图示我们能很好理解依层与依深度加工策略的不同之处，然而在这两种加工策略中有几个小问题需要思考，依层与依深度的优缺点？应用场合？谁更应该成为默认选项？如何完美结合？

依层与依深度优缺点：

依层（层优先）是刀具在整个加工过程中零件形状是按完成一个水平‘切面材料去除后再一个的方法加工，这种方法有两个特点，同一深度一次完成、完成前一层才能进行下一层。如此依层的优点也就体现出来了：加工深度保持一致，加工顺序、步调一致，缺点是为了保持深度、顺序、步调一致，各区域之间的抬刀、落刀就会太多，造成效率降低，如果出现下刀设置错误还会出现‘扎刀现象，所以效率低、安全隐患是依层（层优先）的缺点。

依深度（深度优先或区域优先）对零件非相连区域采取加工完一个再进行下一个，这样就能避免了太多的抬刀，提高了加工效率，但由于加工区域深度不一致选择刀具长度时只能依据最深的型腔选择，有时因为刀具刚性差，加工振动造成表面质量差；而不同的加工深度也会造成易变形零件或刚性较差零件出现变形不均匀等问题。

依层以及依深度各应用场合：

当零件加工深度方向落差较大，需要更换多把不同长度刀具时（图4）或者避免前面加工影响后面加工的如变形、铁屑堆积、刚性变差等（图5）可采用依层（层优先）。能减少刀具更换次数。

依深度（深度优先或区域优先）通常使用在深度整体变化不大，变形及刚性改变可忽略的零件或者需要调整压板等场合（图6）。

谁应该成为默认选项：

依层（层优先）相对来说同步、效率低，而依深度（深度优先或区域优先）效率高但会出现刀具过短造成的安全问题，单从安全与效率的角度来讲当然安全应该放在第一位，这也是大多CAM软件采用依层为默认选项。安全既然作為优先考虑，那么编程员在程序编制时第一时间就会排除安全隐患，安全隐患排除了也就没有安全问题了，有人说初学者考虑不到那么周全，可是又有谁会让初学者直接做程序员？而对于效率的问题无论新老程序员却经常‘忽略，如果默认选项为依深度（深度优先或区域优先）就会避免该问题，哪一个应该成为默认选项，心中自有定数。

如何发挥二者的优势：

人们常说鱼与熊掌不可兼得，怎么处理才能解决这个问题呢？这里推荐‘楼层法。‘楼层法如同盖房子一样，先将整个加工过程分为不同的几个阶段，也就是‘依层（直接以加工深度控制），而各个阶段采用依深度（深度优先或区域优先）加工。

相连区域：

决定区域之间是否相连，不是几何图形中的相通，更多的时候需要考虑刀具的直径，刀具的直径会影响到在何处分区。同时那些‘隐蔽分区之间极易被人们忽略，忽略的后果会使清角的刀具切削量瞬间增大，表面质量不易保证，严重的会出现刀具损坏、零件报废！如何判断相连区域是否会分区，取决于使用的刀具以及连接表面余量。如果刀具直径与余量二倍之和大于区域之间的距离，就会自然形成不同区域，既然区域不同，那么加工策略继承总选项如图7。