本文基于NX数控加工技术在毛坯粗加工阶段的应用，对新引入的“自适应铣削”和经典的“型腔铣削”策略进行了分析和比较。通过将这些方法与典型零件的生产工艺相结合，综合利用编程优势优化粗加工方法，快速去除大部分多余材料，提高加工效率。
CNC编程是CNC加工。确定加工阶段并选择适当的方法是编程前工艺规划的关键步骤。不同的加工环境和不同的材料余量需要量身定制的加工策略。本研究重点介绍NX 12.0.2的“自适应铣削”和经典“型腔铣削”策略的不同粗加工方法。通过检查它们在代表性零件生产中的应用，比较刀具路径和加工效率，以总结它们对切削过程的独特影响。
2.加工策略
2.1型腔铣削
“型腔铣削”通过从垂直于固定刀具轴线的层中去除材料来塑造零件轮廓来实现粗加工。它是NX系列中的经典粗加工模块，具有以下特点：
- 对于具有复杂3D表面和多个岛或模具部件的零件，型腔铣削可以快速进行一次和二次粗加工，在快速材料去除方面发挥关键作用。
- 通常，使用特定直径（可转位）立铣刀，遵循零件轮廓或周围边界。通过设置切割层深度和水平间距，以“小切割深度、大跨距”的方式去除材料。即径向切削（ae）大，轴向切削（ap）小，平均切屑厚度（hm）不均匀。
2.2自适应铣削
新推出的NX 12.0.2“自适应铣削”命令专为高速粗加工和重切削而设计。它使用自适应刀具路径策略从垂直于固定轴的层中去除材料，具有以下主要功能：
- 更适合侧壁材料余量变化较大的零件、深直壁岛和平底型腔，沿侧壁逐层进行粗加工。
- 通常，根据材料选择合适尺寸的立铣刀。使用“小步距，大切削深度”的方法，在保持一致的刀具进给方向和传统顺铣的同时去除材料。即径向切削（ae）小，轴向切削（ap）大，平均切屑厚度（hm）保持不变。
因此，对于两种策略都适用的零件，可以创建两个不同的CNC粗加工程序，每个程序都反映了根本不同的加工理念。自适应铣削可最大限度地提高刀具沿切削刃的啮合，以增加切削深度和效率，而型腔铣削则依赖于刀具直径的一定百分比。为了评估自适应铣削带来的生产效率提升，给出了对比加工实例。
3.应用实例
3.1零件特点
图1显示了航空航天组件的一种支撑组件（半透明区域表示空白）。材质：7075铝合金，表面粗糙度要求Ra=3.2μm，局部表面粗糙度Ra=1.6μm。该零件的最小边界尺寸为100 mm × 94.828 mm × 70 mm，由φ120 mm × 76 mm圆柱形毛坯加工而成。第一批试验由30个对称部件组成。
图1.支撑部分
7075铝合金坚固、延展且机械可靠，在航空航天部件中很常见。NX 12.0仿真显示，毛坯和成品零件之间的体积比约为7：1，粗加工占用了大部分总切削时间。粗加工区域具有显着的切削深度和宽度，使其适用于自适应铣削和型腔铣削。
3.2加工计划
生产采用Aumate GS1000/5-T五轴立式加工中心，无需更换夹具即可进行多次作。该机采用小型龙门结构，摇篮式工作台，线性X、Y、Z轴，旋转A、C轴，最大主轴转速18000转/分，驱动功率40kW。
三刃铝合金平头铣刀（直径16 mm，总长度95 mm，切削长度40 mm，螺旋角40°）用于粗加工，由夹紧长度≤ 40 mm的ER32夹头（JT40）固定。使用自定心卡盘夹紧零件并分两步进行加工，每个步骤分为三个阶段：粗加工→二次粗加工（局部角清理）→精加工和孔加工。
3.3加工工艺
步骤1：加工主体、圆腔、各种孔，最大深度57mm。
型腔铣削粗加工刀具路径（图2）主要使用刀尖，具有径向大步距和小轴向切削深度。刀具路径覆盖范围广，路径长，轴向层多，退刀频繁。
图2.型腔铣削刀具路径分析
a）刀具路径b） 3D仿真
自适应铣削粗加工刀具路径（图3）利用具有小径向步距和大轴向切削深度的侧切削刃。切削深度可以达到大约刀具直径的两倍，主要使用沿侧边的连续顺铣。需要更少的轴向层，提高了加工稳定性、刀具寿命和高速能力。
图3.自适应铣削刀具路径分析
a）刀具路径b） 3D仿真
步骤2：零件翻转，加工顶部凸台、斜坡、型腔和孔，最大粗加工深度为20 mm。刀具路径比较（图4）显示：
图4.两个粗加工模块的刀具路径比较
a）型腔铣削b）自适应铣削
分析显示层与层之间的锥形坡度。型腔铣削继续自上而下的层切割，遵循零件轮廓以实现均匀的半精加工余量。自适应铣削可实现“自下而上”切削，在层之间添加刀具路径，深度变化较小，将剩余材料减少到最小、均匀的分布，有利于稳定的半精加工。该策略直接加工底面，然后进行斜坡加工，确保路径更清洁、更高效。
4.综合效果
4.1实验结果
表1总结了两种策略的切削参数和加工持续时间。
加工参数表
| 主轴转速 | 进给速度 | 第1步切割 | 阶梯切割 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 加工策略 | 铣刀规格 | nf （r/min） | vf （毫米/分钟） | 切割步骤参数 | 时间/分钟 | 时间/分钟 |
| ET | $m（a，） | «Imm， GIA （a） = | ||||
| 蜜蜂名 | 女士 | 3500 | 刀具平面半径的85% | = | . | |
| ：鞋跟在m、TK | HH （a，） + SVRITHERER 100%， | |||||
| 自适应铣削（mm） | 一个e | 5000 | fer （a，）： TERRI IIB |
表1.切割参数和持续时间
优化的粗加工参数旨在实现最大的生产率，同时尊重机器功率限制。自适应铣削和型腔铣削由于理念差异而有所不同。
金属去除率（Qmax）通过Q = apaevf / 1000计算。在这里，型腔铣削Qmax = 47.6 cm³/min，自适应铣削Qmax = 153.6 cm³/min -自适应铣削的去除率大约是3倍。2个步骤的总粗加工时间：型腔铣削33分钟，自适应铣削11分钟，每个零件节省22分钟。刀具磨损分析显示，型腔铣削刀具在加工30个零件后会出现刀尖钝化，而自适应铣削刀具由于稳定性的提高而保持锋利。
4.2比较分析
图5.机加工零件
a）加工过程中b）加工后
型腔铣削：
- 小轴向切割和大径向切割会导致尖端反复磨损。切屑吸收的热量有限，导致尖端温度高并加速磨损。
- 切屑厚度多变，径向啮合大，材料去除不均匀，切削力大，加工不稳定，不适合高速切削。
自适应铣削：
- 大轴向切削和小径向切削最大限度地提高了刀具刃口的利用率，减少了刀尖磨损，并均匀分布切削力。薄而长的切屑可带走90%以上的热量，保持低温并减少零件变形。
- 恒定的切屑厚度和一致的进给方向可实现平滑、受控的逐层顺铣，啮合角小，材料去除均匀。高速切削具有更高的稳定性和更高的金属去除率。
综上所述，NX 12.0.2的自适应铣削粗加工策略提高了稳定性和生产效率。
型腔铣削广泛用于粗加工非直壁或平/弯曲型腔底部的零件，以及浅壁的精加工。自适应铣削更适用于具有较大侧壁余量变化、深直壁岛和平底型腔的零件。
NX 12.0型腔铣削是全面的，而NX 12.0.2自适应铣削则为特定条件下的粗加工提供了额外的优化选项，从而提高了可靠性和效率。正确选择自适应铣削可以显着提高生产率，使其高度适用于各种航空航天部件的数控加工。
