把精加工做到这么快？它叫超弦精加工

       在CNC开粗时，我们常常使用动态加工技术来提升加工效率。那么在更为耗时的精加工过程中，有没有办法可以提升加工效率呢？

▲精加工走刀程序示意

       精加工的目的是保证工件的最终尺寸精度和表面质量。要提升精加工的效率，就要这两方面进行深入考虑。

       编程新思路：超弦精加工

       以我们常用的加工编程软件Mastercam为例，超弦精加工技术是一项高效精加工的编程解决方案：。

      工序2中，若使用球刀精加工，时间：60 分钟；而使用圆弧刀具+超弦精加工，时间：4 分钟。

      为什么能取得这样的效果，这就要从我们精加工表面质量的决定因素说起。

      精加工的决定因素：残脊高度

      精加工的表面质量，其很大程度取决于加工后留下的残脊高度。那什么是残脊高度？残脊高度是指加工中刀具通过两条相邻刀具路径之后，残留材料凸起部分的最大高度。

     如何减少残脊高度

      一个可行的方法是减小步距，减小相邻刀路之间的距离。但这意味着增加了单位面积中的刀路数量和密度，增加精加工的时间。所以在 3D 曲面精加工中，大家会感觉“表面质量”与“加工时间”之间似乎是一项两难选择，因为：

      更好的表面质量=更长的加工时间

      另一个可行的方法是使用更大的刀具。因为刀具半径越大，与材料接触时接触点上的弧度越大。在相同刀路密度下，得到的残脊高度约小。

      举个例子：

      使用 10mm 球刀，步距设为 4mm

      产生残脊高度：0.432mm

      使用 25mm 球刀，步距同样设为 4mm

      产生残脊高度：0.152mm

      两把大小不同的刀具，使用相同的步距，残脊高度对比。

      使用更大弧度的刀具，可以减小残脊高度。

      用大半径还是小半径刀具

      用大半径的刀具可以减小残脊高度，达到更好的表面质量。但新的问题又出现了：很多工件需要精加工的地方间隙狭小，不能用大半径刀具加工。

      大半径刀具精加工：

      优势：

      更小的残脊高度；更短的循环时间。

      劣势：

      加工不到细小间隙区域；容易干涉，编程复杂。

      小半径刀具精加工：

      优势：

      编程方便；可以加工到细小间隙区域。

      劣势：

      若要达到更好的表面质量，需要减小步距，增加刀路密度；加工时间更长。

      综合比较分析

      有没有办法，整合两者的优势，规避两者的劣势？答案是可以的。仔细分析残脊高度的形成过程可以发现，残脊高度其实与刀具和材料接触点的弧度半径有关，与刀具半径本身关系不大。如果仅仅增加刀具有效加工部分的弧度半径，而保持刀具本体半径的大小不变，或许就可以同时达到提升表面质量和缩短精加工时间这两个目的了。

      以锥度型式（Taper Form）的大半径圆弧铣刀为例，利用刀具有效加工弧度进行精加工，留下的残脊高度，等同于 187 倍直径大小的球刀留下的残脊高度。

       用一把 16mm 的锥度型式大圆弧铣刀，在相同步距、相同时间中完成的精加工表面质量，相当于使用直径近 3000mm （3米）的球刀，达到的表面质量。

改变刀具的形状，增大加工中刀具与材料接触点的弧度，减小精加工留下残脊的高度，可以大大减少精加工区域中所需刀路的数量和密度，也就大大减少了加工时间，提高了生产效率。

      但新的问题又来了：这类大圆弧铣刀上的有效加工弧度的形状复杂，在刀路中要基于刀具的复杂形状进行相应补偿，才可以使刀具的大圆弧精确的贴合加工位置，达到精加工中表面质量的要求。这样的刀路应该怎样编程？

       在CAM 软件Mastercam上利用超弦精加工技术，可以针对各种形状的大圆弧刀具，基于刀具形状，通过特殊刀路算法，对加工过程中的刀具接触点进行动态补偿，可以充分利用圆弧刀具的外形进行高精度高效率的精加工。

       这种超弦精加工技巧在精加工中实实在在提升了效率，但同样也有编程成本稍高的问题，具体还是要根据产品加工状况进行对应分析。你觉得这样的方案如何，你会使用吗？欢迎在下方留言区和大家讨论~