耗時的CNC精加工，如何大幅提升效率？乾貨滿滿

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我們都知道，在CNC開粗時，可以使用動態加工技術來提升加工效率。那麼在更為耗時的精加工過程中，有沒有辦法可以提升加工效率呢？

精加工的目的是保證工件的最終尺寸精度和表面質量。要提升精加工的效率，需要從精加工表面質量與精加工時間這兩方面進行考慮。首先來分析一下精加工的表面質量，其很大程度取決於加工後留下的殘脊高度。

什麼是殘脊高度？

殘脊高度是指加工中刀具通過兩條相鄰刀具路徑之後，殘留材料凸起部分的最大高度。

如何減小殘脊高度？

一個可行的方法是減小步距（Step over），減小相鄰刀路之間的距離。但這意味著增加了單位面積中的刀路數量和密度，增加精加工的時間。所以在 3D 曲面精加工中，大家會感覺「表面質量」與「加工時間」之間似乎是一項兩難選擇。

更好的表面質量=更長的加工時間。

另一個可行的方法是使用更大的刀具。因為刀具半徑越大，與材料接觸時接觸點上的弧度越大。在相同刀路密度下，得到的殘脊高度約小。

舉個例子：

使用 10mm 球刀，步距設為 4mm

產生殘脊高度：0.432mm

使用 25mm 球刀，步距同樣設為 4mm

產生殘脊高度：0.152mm

兩把大小不同的刀具，使用相同的步距，殘脊高度對比。

使用更大弧度的刀具，可以減小殘脊高度。

用大半徑的刀具還是小半徑的刀具？

用大半徑的刀具可以減小殘脊高度，達到更好的表面質量。但新的問題又出現了：很多工件需要精加工的地方間隙狹小，不能用大半徑刀具加工。

大半徑刀具精加工：

優勢：

更小的殘脊高度

更短的循環時間

劣勢：

加工不到細小間隙區域

容易干涉，編程複雜

小半徑刀具精加工：

優勢：

編程方便

可以加工到細小間隙區域

劣勢：

若要達到更好的表面質量，需要減小步距，增加刀路密度

加工時間更長

有沒有更好的辦法

有沒有辦法，整合兩者的優勢，規避兩者的劣勢？

答案是：有。

仔細分析殘脊高度的形成過程可以發現，殘脊高度其實與刀具和材料接觸點的弧度半徑有關，與刀具半徑本身關係不大。如果僅僅增加刀具有效加工部分的弧度半徑，而保持刀具本體半徑的大小不變，或許就可以同時達到提升表面質量和縮短精加工時間這兩個目的了。

事實上已經有刀具廠商開始了這方面的研究，並已經推出各種適用於不同加工場景的大半徑圓弧的刀具。

以錐度型式（Taper Form）的大半徑圓弧銑刀為例，利用刀具有效加工弧度進行精加工，留下的殘脊高度，等同於 187 倍直徑大小的球刀留下的殘脊高度。

用一把 16mm 的錐度型式大圓弧銑刀，在相同步距、相同時間中完成的精加工表面質量，相當於使用直徑近 3000mm （3米）的球刀，達到的表面質量。

有了刀具就可以開始加工了嗎？

前面說到，改變刀具的形狀，增大加工中刀具與材料接觸點的弧度，減小精加工留下殘脊的高度，可以大大減少精加工區域中所需刀路的數量和密度，也就大大減少了加工時間，提高了生產效率。

但新的問題又來了：這類大圓弧銑刀上的有效加工弧度的形狀複雜，在刀路中要基於刀具的複雜形狀進行相應補償，才可以使刀具的大圓弧精確的貼合加工位置，達到精加工中表面質量的要求。這樣的刀路應該怎樣編程？

這就需要 CAM 軟體在編程上的支持了。Mastercam 在圓弧型刀具這個概念剛剛提出的階段，就開始與刀具廠商進行合作，深入參與圓弧型刀具的研發過程。在 2016 年就開始在 Mastercam 中加入了大圓弧刀具的支持。並在隨後發行的 Mastercam 2018 中正式推出針對這種新型精加工理念的 CAM 編程解決方案：Accelerated Finishing 超弦精加工技術。