第四章 型腔铣(Cavity Milling)

2023年11月29日发(作者：)

第四章 型腔铣（Cavity Milling）

本节重点讲解【型腔铣】操作的参数功能，让用户学会如何用型腔铣削对复杂的模型工件进行操作加

工，进一步加深学者对NX编程的了解，也为后面讲固定轴曲面加工墓定基础。

为了让学者更容易的学好【型腔铣】，下面用插头面盖腔体例子（Cavity_Milling_）如图4-1所示，

说明型腔铣加工方法，具体操作步骤如下：

图4-1 Cavity_Milling_插头面盖

一． 定义加工几何

打开文件（Cavity _mill_）并进入加工模块→加工环境（CAM设置为mill_planar）点击【确定】

→进入加工界面。

⑴．设定加工坐标和安全平面

在操作导航器“几何视图”中，双击节点MCS_MILL进行编辑，弹出【Mill Orient】对话框，设置〖机

床坐标系〗选项卡中的“指定MCS”→点击CSYS会话图标并进入到【CSYS】对话框→设置参考CSYS

为“WCS”然后点击〖确定〗退回到【Mill Orient】对话框。定义安全平面，〖间隙〗选项卡→安全设置选

项为“平面”→指定平面点击图标进入【平面构造器】对话框，选择模型顶平面，设置〖偏置〗＝10，

连点击【确定】按钮完成“加工坐标”与“安全平面”的设置。如图4-2所示。

⑵．指定加工几何体

在操作导航器几何视图中，双击节点进行编辑，弹出【铣削几何体】对话框，〖指定部件〗

为模型工件，〖指定毛坯〗为毛坯材料，毛坯材料使用“自动块”，跟部件几何一样大小。所定义的几何体

如图4-3所示。

1

图4-2 加工坐标与安全平面 图4-3指定部件和毛坯几何体

二． 设定加工方法

在模型的编程NC程序时，很多情况都要编很多的加工操作才可以完成把模型加工出来，在此当中，

会反复出现不同的加工方法。为了方便，一般我们都要预先设定好加工方法参数。按下表4-1所示设定加

工方法参数。

表4-1 加工方法参数

加工方法

MILL_ROUGH 0.35 0.03 0.05

MILL_SEMI_FINISH 0.15 0.03 0.03

MILL_FINISH 0 0.01 0.01

余量

公差

内公差 外公差

三． 创建刀具

从【加工创建】工具条点击【创建刀具】图标，弹出【创建刀具】创建对话，按表4-2所示尺寸

创建3把刀具。在操作导航器视图，就可以看到所创建的刀具。

表4-2 刀具参数表

序 号 刀具名称 刀具直径 圆角半径 刀具号 长度补偿

1 12 1 1 1

2 6 1 2 2

3 4 0.5 3 3

JMSK_D12R1

JMSK_D6R1

JMSK_D4R0.5

四． 创建型腔铣粗加工操作

在加工创建工具条点击【创建操作】，弹出【创建操作】对话框，选项组的〖类型〗默认选择mill_contour，

2

在选项组〖操作子类型〗中，选择“CAVITY_MILL”图标，各个‘位置’选项设置如下：

１．“程序”选择父级组 “PROGRAM”。

２．“刀具”选择前面已创建好的刀具名称，即“JMSK_D12R1”。

３．“几何体”选择前面已创建好的几何体节点名称，即“WORKPIECE”。

４．“方法”选择前面已创建好的方法名称，即“MILL_ROUGH”。

５．“名称”将原来系统的名称改为“ROUGH_MILL”。

按上面所设，所有选项设置完毕，点击【确定】，即可进入【型腔铣】操作对话框如图4-4所示。在型

腔铣里，每一步骤的参数设置，将在下面详细解说。

图4-4 型腔铣对话框

4.1 几何体的指定

在【型腔铣】加工操作里〖几何体〗选项卡里有：指定部件、指定毛坯、指定检查、指定切削区域和

指定修剪边界五个选项。跟平面加工几何体有所不同，“平面铣”的几何体是使用边界来定义的，而“型

腔铣”却是用使用边界、面、曲线和体来定义的；相对型腔铣定义的几何体较为简单些，部件与毛坯一般

都是用“部件”来定义。由于在操作导航器“几何视图”的几何选项节点（WORKPIECE）里已经定义了

加工几何体，因此在此不需要再介绍。

1． 指定部件

在【型腔铣】加工操作中，指定部件乃是我们最终要加工出来的形状，而这里定义的部件本身就是一

个保护体，在加工中刀具路径是不可以侵犯到部件几何体的，否则就是过切。在创建【型腔铣】操作中，

此操作已继承了几何WORKPIECE的父级组关系，因此在型腔铣里不需要再指定部件。

2． 指定毛坯

3

在【型腔铣】加工操作中，指定毛坯是作为要切削的材料，而这里指定毛坯几何本身就是被切削的材

料，实际上就是部件几何与毛坯几何的布尔运算，公共部件被保留，求差多出来的部分是切削范围；举例

子说明一下，如图4-5所示。在创建【型腔铣】操作中，此操作已继承了几何WORKPIECE的父级组关系，

因此在型腔铣里不需要再指定毛坯。

图4-5 型腔铣的切削范围

3． 指定检查体

指定检查是用来定义您不想触碰的几何体，就是避开你所不想加工到的位置。例如夹住部件的夹具，

就是我们不能加工的部分，就需要用检查几何体来定义，移除夹具的重叠区域将不被切削，如图4-6所示。

指定检查余量值（切削参数对话框→余量）以控制刀具与检查几何体的距离。此模型加工不需要指定检查

体。

图4-6 检查几何体

4． 指定切削区域

指定切削区域（图标）是用来创建局部加工的范围，可以通过选择曲面区域、片体或面来定义“切

削区域”。例如在一些复杂的模具加工中，往往有很多区域的位置需要分开加工，此时定义切削区域就可

以完成指定的区域位置做加工操作。在定义切削区域的时候一定要注意：“切削区域”的每个成员都必须是

“部件几何体”的子集。例如，如果您将面选为“切削区域”，则必须将此面选为“部件几何体”，或此面属于

已选为“部件几何体”的体。如果您将片体选为“切削区域”，则还必须将同一片体选为“部件几何体”； 如果

不指定“切削区域”，则系统会将整个已定义的“部件几何体”（不包括刀具无法接近的区域）用作切削区域。

当定义了切削区域时，在〖切削参数〗选项里→“延伸刀轨”选项卡就会起作用；否则此选项不起作

用。下面例子说明定义切削区域的刀轨延伸，如图4-7所示。此模型加工不需要指定切削区域面。

4

图4-7 延伸刀轨

5． 指定修剪边界

修剪边界主要是用来修剪掉您不想要的刀轨。此选项功能在【平面铣】操作里已经作过介绍，在此不

在作详细的说明。此模型加工不需要指定修剪边界。

4.2 刀具

在作加工操作之前需要对模型作分析，了解模型的加工范围，因此操作在定义参数组的之前已经创建

好了刀具大小；在创建操作【型腔铣】之时已继承了刀具“JMSK_D12R1”，所以此时不需要再创建刀具，

刀具选项卡如图4-8所示。

图4-8 刀具选项

4.3 刀轨设置

在刀轨设置选项卡里，有：方法、切削模式、步距、平面直径百分比、全局每刀深度、切削层、切削

参数、非切削移动、进给和速度9个选项内容，其中有许多选项都跟【平面铣】操作里的刀轨设置内容是

一样的，相同的部分不再详细介绍，主要以〖切削层〗选项作为重点介绍。

1． 切削层

5

切削层主要是用来控制您所加工模型的深度；当在【型腔铣】操作里，只有定义了“部件几何体”的

时候，切削层才会启用，否则此选项将不起作用，用灰色状态显示。在【型腔铣】操作对话框里→刀轨设

置→切削层，点击切削层图标并弹出【切削层】对话框，并且在模型里也显示出切削层，如图4-9所

示。下面将详细介绍切削层的选项内容。

图4-9 切削层

① 范围类型分为三种：自动生成、用户定义、单个，如图表4-3说明。

表4-3 范围类型

范围类型

将范围设置为与任何水平平面对齐。这些是部件的临界深度。

自

动生成 水平表面，并添加临界层与之匹配。

只要您没有添加或修改局部范围，切削层将保持与部件的关联性。软件将检测部件上的新的

6

通过定义每个新的范围的底平面创建范围。

用户

定义

通过选择面定义的范围将保持与部件的关联性。但不会检测新的水平表面。

将根据部件和毛坯几何体设置一个切削范围。

单个

注意：

 您只能修改顶层和底层。

 如果您修改了其中的任何一层，则在下次处理该操作时系统将使用相同的值。如果

您使用默认值，它们将保留与部件的关联性。

 任何顶面切削层旁都将显示“范围结束”符号（大平面）。只有位于切削顶层和切削

底层之间的顶面切削层才会被显示和切削。

 系统使用全局每刀深度值来细分这一单个范围。

在【型腔铣】操作里，第一次进入【切削层】对话框的时候，范围类型将是自动生成状态，如是之前

编辑过切削层的，再次进来将是用户定义状态。在切削层里，对于范围类型“自动生成”分层的原理是：

最高范围的默认上限是部件、毛坯或切削区域几何体的最高点；如果在定义“切削区域”时没有使用毛坯，

那么默认上限将是切削区域的最高点；如果切削区域不具有深度（例如为水平面），并且没有指定毛坯，

那么默认的切削范围上限将是部件的顶部；定义“切削区域”后，最低范围的默认下限将是切削区域的底部；

当没有定义“切削区域”时，最低范围的下限将是部件或毛坯几何体的底部最低点。

在定义切削层的时候，模型所显示的标识切削层如图4-10所示，分别说明一下标识的意思。大三角形

是范围顶部、范围底部和临界深度；小三角形是切削深度；红色的范围是当前选择范围。

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图4-10 标识切削层

② 全局每刀深度：添加范围时的默认值；该值将影响自动生成或单个模式中所有切削范围的每刀最

大深度。对于用户定义模式，如果所有范围都具有相同的初始值，那么“全局每刀深度”将应用在所有这

些范围中。如果它们的初始值不完全相同，系统将询问您是否要将新值应用到所有范围。系统将计算出不

超过指定值的相等深度的各切削层。下图说明了软件如何根据指定的全局每刀深度值 0.25 进行调整。

③ 切削层：分为恒定与仅在范围底部两个选项。“恒定”是将切削深度保持在全局每刀深度值；“仅

在范围底部”将不细分切削范围，只在模型顶面的位置作切削。

注：打开“仅在范围底部”此选项将使全局每刀深度选项处于非活动状态。

④ 临界深度顶面切削：只在单个范围类型中可用，否则是非活动状态。使用此选项在完成水平表面

下的第一刀后直接对每个临界深度（水平表面）进行切削（顶面切削）；这与平面铣中的岛顶面切

削选项类似。如图4-11所示：

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图4-11 临界深度顶面切削

⑤ 范围、层的内容如表4-4所示。

表4-4 范围、层

使用向上和向下箭头从各个范围中进行移动。图形区域中高亮显示的范围（以选

择颜色显示）是当前的活动范围。其他范围将以部件颜色显示。当高亮显示每个范围

时，该范围的编号和层将显示在向上/向下箭头的上方，范围深度框中将显示该范围当

向上和向

前的深度值。

下箭头

插入

范围

编辑

当前范围

移除当前范围。当移除一个范围时，所移除范围之下的一个范围将会进行扩展以

删除

自顶向下填充缝隙。如果只剩下一个范围并且您将其移除，系统将恢复默认的切削范

当前范围 围，该范围将从整个切削体积的顶部延伸至底部。

测量开始位置：定义范围深度值的测量方式。注意：当您选择点或面来添加或修改范围时，测量开

始位置选项不会影响范围的定义。

顶层 参考第一刀范围顶部的范围深度。

范围顶部 参考当前高亮显示的范围顶部的范围深度。

范围底部 参考当前高亮显示的范围底部的范围深度。也可使用滑尺来修改范围底部的位置。

WCS 原点 参考 WCS 原点的范围深度。

修改当前范围。

添加新的范围于当前范围之下。

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范围深度：输入范围深度值来定义新范围的底部或编辑现有范围的底部。这一距离是从指定的参考

平面（顶层、范围顶部、范围底部、WCS 原点）开始测量的。使用正值或负值来定义范围在参考平面

之上或之下。所添加的范围将从指定的深度延伸到范围的底部，但不与其接触。而所修改的范围将延伸

到指定的深度处，即使先前定义的范围已从过程中删除也如此。

1

2

3

4

负值应用方向

正值应用方向

参考平面

刀轴

可以使用滑尺来更改范围深度。移动滑尺时，范围深度值将随之调整以反映当前值。

局部每刀深度：局部每刀深度与全局每刀深度类似，但前者的值将影响单个范围中的每刀最大深度。

键入“局部每刀深度”值，然后选择应用或使用向上和向下箭头来创建切削深度。通过为每个范围指

定不同的每刀深度，您可以创建具有如下特点的切削层，即在某些区域内每个切削层将切削下较多的材

料，而在另一些区域内每个切削层只切削下较少的材料。在下图中，“范围 1”使用了较大的局部每刀深

度 (A) 值，从而可以快速地切削材料，“范围 2”使用了较小的局部每刀深度 (B) 值，以便逐渐移除靠

近倒圆轮廓处的材料。

⑥ 信息与显示

信息：在单独的窗口中显示关于范围的详细信息。

显示：可重新显示范围，以供视觉参考。

以上内容是针对【切削层】选项的分析。在此操作里，只设置全局深度＝0.5；其他的参数选项均为默

认值就可以了。

2． 切削参数

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在【型腔铣】操作里，点击切削参数图标，弹出【切削参数】对话框，如图4-12所示。型腔铣的

切削参数选项跟〖平面〗有所不同，相同的部分在此不再详细说明，针对性讲述型腔铣里特有的切削参数

选项。下面分别介绍型腔铣里的切削参数选项。

图4-12 型腔铣切削参数

⑴． 延伸边界：沿切线方向延伸开放腔体的刀轨。前提条件一定要定义了切削区域面才会起到作用。

刀轨延伸如图4-13所示。

图4-13 型腔铣刀轨延伸

⑵． 余量：在型腔铣操作里，切削参数选项中的“余量”选项卡，跟平面铣加工有所不同，如图4-14

所示。其中多“使用底部面与侧壁余量一致”的选项。当这选项打勾时，将不会有“部件底部面

余量”选项，如不打勾将可以分别设置“侧壁和底部面”余量。在此操作里，分别设置部件侧面

余量＝0.35，部件底部面余量＝0.15，其他的参数选项为默认值。

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图4-14 型腔铣余量选项

⑶． 空间范围：此选项卡中包含了，毛坯（Blank）、刀具夹持器、小面积避让、参考刀具和陡峭四类

选项，各选项中还包含相应内容，如图4-15所示。下面将介绍各参数选项的内容。

图4-15 空间范围

修剪由是根据所选“部件几何体”的外边缘（轮廓线）来创建“毛坯几何体”；当你没有明确指定“毛坯几

何体”的情况下识别出型心部件的“毛坯几何体”。 使用部件几何体的轮廓来生成刀轨，方法是：沿部件几

何体的轮廓定位刀具，并将刀具向外偏置，偏置值为刀具的半径；可以将轮廓线当作部件沿刀轴投影所得

的“阴影”。如图4-16所示。

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图4-16 修剪轮廓

处理中的工件用于指定经过一次操作后余下的材料（剩余材料）。包括使用3D和使用基于层的两种类

型。当处理中的工件设定为使用3D时，此时在【型腔铣】操作对话框中，〖几何体〗选项卡里“指定毛坯”

选项将会被前一个 IPW 图标 所替换。“使用基于层的” 选项是利用先前型腔铣加工剩余材料，这

些先前的操作被称作参考操作；“基于层的 IPW”仅限于“型腔铣”或“深度铣”操作，且使用与先前操作相同

的刀轴。余料铣削和参考操作必须属于同一几何体组。

使用刀具夹持器选项允许用户控制是否使用刀具夹持器来参与计算刀轨，当使用刀具夹持器参与计算

刀轨，所创建的刀具的时候一定要加与刀柄的创建。在计算刀轨当中，主要是利用刀柄与模型几何部件计

算，如果因为刀具装夹的长度不够的时候，刀柄跟部件碰撞的位置自动会避开，此乃使用刀具夹持器的作

用。

小面积避让允许您指定如何处理模型的腔体或孔之类的小特征。在小封闭区域选项里分为“剪切”和

“忽略”两个选项，操作内容如图4-17所示。

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图4-17 小面积避让

参考刀具通常是用来先对区域进行粗加工的刀具，系统计算指定的参考刀具剩下的材料，然后为当前

操作定义切削区域。“重叠距离”是将待加工区域的宽度沿切面延伸指定的距离；按照参考刀具的直径沿

切面定义的区域宽度；只有当您为参考刀具指定了偏置时，重叠距离才可用。

注：必须选择一个直径大于当前操作所用刀具的刀具。应用的重叠距离值限制在刀具半径内。

在【切削参数】对话框里，除了余量要设置之外，其他的参数选项均为默认值。

3． 非切削移动

在【型腔铣】操作里，非切削移动的内容跟前面章节【平面铣】操作里的移动参数选项是一样，固在

此不再详细讲述。此操作设置非切削移动参数如下：

在“进刀”选项卡的“封闭的区域”选项组里“进刀的类型”设为‘螺旋’；“直径”将原来默认值90

改为70，%刀具不变；“斜角”将原来的15改为5；“最小安全距离”设置为3；“最小倾斜长度”改

为60（注：因为模型加工的区域会有一些狭小的区域，为了不让刀具造成直踩的情况，固要把此选项

用上，此值不能超过螺旋直径的百分比。）；其他的选项都用默认值；设置参数如图4-18所示。

图4-18 非切削移动参数

4． 进给和速度

进给和速度选项与平面铣加工操作的内容一样，不再介绍。设置主轴转速为2000，进给率设置为1200，

其他参数为默认值。

5． 生成刀轨与可视化刀轨

在【型腔铣】对话框里，在“操作”选项组点击“生成”图标，计算型腔铣操作刀轨，在计算结

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束后；并做仿真模拟，点击确认图标，弹出【刀轨可视化】对话框，选择“2D动态”，找到“选项”

选项组里点击进去，弹出【IWP碰撞检查】对话框，把“碰撞时暂停”选项打勾‘√’，点击【确定】返

回，点击播放图标，最终的仿真结果与刀轨如图4-19所示。

图4-19 粗加工刀轨与仿真图

五． 创建半精加工操作

由于前一操作使用的刀具比较大，相对模型有很多位置是上一操作所加工不到的，所留下的残留材料

较多，因此还需要换小的刀具来再作半精加工，使得余量更加均匀。

1．基于层IPW

步骤 1 创建IPW半精加工

第一条操作加工完成后，接着来创建半精加工使用【型腔铣】里的功能“使用基于层的（IPW）”来实

现此操作，是个非常好用的选项。为了方便创建操作，在操作航行器窗口里,切换到“程序顺序视图”；在

上一操作“ROUGH_MILL”点击右健‘复制’，然后再点右健‘粘贴’即可。

步骤2 编辑参数设置

将复制过来的操作“ROUGH_MILL_COPY”重命名为“SEMI_MILL”；切换到【机床（刀具）视图】，

把操作“SEMI_MILL”在‘JMSK_D12R1’的位置点鼠标左健（按着不松开）拖动到‘JMSK_D6R1’这

把刀具里再放开鼠标左健；再切换到【加工方法视图】，把操作“SEMI_MILL”里的“MILL_ROUGH”用

鼠标左点选（按着鼠标不放）拖动到“MILL_SEMI_FINISH”方法组里。其他的参数设置步骤如下：

１．“全局每刀深度”将原来的0.5改为0.3。

２．“切削层”参数为默认值。

３．“切削参数”，进入到【切削参数】的对话框里，选项卡“空间范围”里找到“处理中的工件”选

择“使用基于层的”，点击【确定】返回。

４．“非切削移动”选项卡里，所有参数选项均默认为上一操作的参数，在此不再设置。

５．“进给和转速”点击就弹出【进给】对话框，主轴转速设置为2600，进给率设置为1000，其他默

认。

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步骤3 生成刀轨与模拟

对于设置好了参数之后，在【操作】选项组点击“生成”图标，计算型腔铣IPW刀轨，然后再点击【确

定】完成此操作。最后做2D动态模拟仿真的结果如图4-20所示。

图4-20 半精仿真图

六． 创建精加工操作

对于此模型的加工，操作完粗加工与半精加工之后，最后需要对此模型作精加工。由于其他的加工方

法还没学习，对于此模型的精加工操作仍然使用【型腔铣】操作来完成。创建精加工的步骤如下表4-5所

示：

表4-5创建型腔铣精加工操作

步骤

参数类型 参 数 说 明

类 型 操作子

程序组 使用刀

1

创建操作

几何体加工方

组 法

操作名

2

3

4

5

6

几何体 自动继承几何体组“WORKPIECE”所指定的几何体。

刀具

切削模式将【切削模式】设置为【轮廓】。

与步距 将【步距】为默认值。

切削层深设置【全局每刀深度】=0.15。

度

切削参数

所有【切削参数】选项卡里的参数选项均为默认值。

在【进刀】选项卡的【封闭区域】参数区，将【进刀类型】设置为【与开

7

非切削参

数

放区域相同】。在【开放区域】参数区里，将【进刀类型】设置为【圆弧】，

并设置【半径】=1.5、【圆弧角度】=90、【高度】=0、【最小安全距离】=0。

在【开始/钻点】选项卡，设置【重叠距离】＝0.5，并设置【区域起点】如

WORKPIECE MILL_FINISH

FINISH_MILL

mill_contour CAVITY_MILL

PROGRAM JMSK_D4R0.5

类型

具

自动继承刀具“JMSK_D4R0.5”的参数：【直径】=4、【底圆角半径】=0.5、

【刀具号】=3、【长度补偿】=3。

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图所示。其他的参数选项均为默认值。

设置【主轴转速】=4000、【切削】=1000、【进刀】=600。

8

主轴转速

和进给

注：

1. 此处设置的转速和进给值仅供参考，实际值会因切削材料、

刀具材料、切削深度和切削方法的不同而有所不同。

产生刀轨。在在【型腔铣】对话框的【操作】区，点击【生成】图标

9

产生并接

受刀轨

计算结束后，点击【确定】关闭该对话框。

在【型腔铣】对话框的【操作】区，点击【确认】图标弹出【刀轨可

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刀轨仿真

视化】对话框。点击【2D动态】显示模式，按【选项】按钮弹出【IPW碰撞检

查】对话框，打开【碰撞时暂停】选项检查符后，按【确定】退出。点击【播

放】按钮，系统开始虚拟切削，直至仿真结束时为止。

按上表操作步骤，最终精加工此模型的侧壁，模型里底平面的位置在此没有作精加工，只因此章节只

为介绍【型腔铣】操作，如想精加工出来，可以使用【面铣削】操作来完成。把所创建的所有操作全选一

起作【可视化刀轨】，结果如图4-21所示。

图4-21 最终模拟结果

〖小结〗：本节重点介绍型腔铣操作。

〖附练习文件〗

Cavity_Milling_

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