数控铣削加工复杂曲面时的刀路过切与残留高度超标问题

在航空航天领域某钛合金叶轮的五轴数控铣削加工中，采用 UG CAM 生成叶轮叶片自由曲面的精加工刀路（叶片曲面为 NURBS 高阶曲面，曲率变化剧烈），加工后检测发现：
叶片前缘曲率半径 R5mm 处出现局部过切（过切量 0.15mm），导致该区域轮廓度超差；
叶片吸力面与压力面的残留高度最大值达 0.08mm（工艺要求≤0.03mm），后续抛光工序无法弥补，影响气动性能。
问题分析
过切原因：
CAM 刀路规划时，采用 “固定轮廓铣 - 曲线 / 点驱动” 方式，驱动曲线未严格贴合叶片前缘理论曲面，且刀轴矢量在曲率突变处出现 “摆动”，导致刀具实际切削轨迹偏离理论曲面；
刀具半径补偿参数设置错误（实际使用 R4mm 球头刀，CAM 中误设为 R3.5mm），且未启用五轴联动的 “刀具干涉检查” 功能。
残留高度超标原因：
采用 “等参数线加工” 策略，叶片曲面参数线分布不均匀，曲率大的区域步距（Stepover）未自适应减小；
主轴转速与进给速度匹配不当（S=3000r/min，F=1500mm/min），导致实际切削行距因刀具振动变大。
解决办法
1. 消除过切的措施
优化刀路驱动方式：将 “曲线 / 点驱动” 改为 “曲面区域驱动”，选择叶片理论曲面作为驱动几何体，设置 “驱动公差” 为 0.005mm，确保驱动点严格贴合理论曲面；
修正刀具参数与干涉检查：在 CAM 中准确设置刀具参数（R4mm 球头刀，刀柄长度 120mm），启用 “五轴刀具夹持器干涉检查”，设置 “安全距离” 0.2mm，自动避让过切区域；
刀轴矢量优化：采用 “相对于驱动曲面” 的刀轴控制方式，设置 “前倾角” 3°、“侧倾角” 5°，避免刀轴在曲率突变处摆动。
2. 降低残留高度的措施
自适应步距加工：改用 “变步距等高线加工” 策略，设置残留高度上限 0.03mm，CAM 自动根据曲面曲率计算行距（曲率大的区域行距≤0.1mm，平缓区域行距≤0.3mm）；
调整切削参数：提高主轴转速至 S=4500r/min（钛合金加工推荐线速度 Vc=50m/min），降低进给速度至 F=800mm/min，减小刀具振动；
后处理优化：在数控代码后处理中添加 “G64 连续路径控制”，减少机床加减速冲击，保证切削轨迹平滑。
验证效果
优化后加工的叶轮叶片检测结果：
前缘过切量消除，轮廓度误差≤0.02mm；
残留高度最大值降至 0.025mm，满足工艺要求；
加工效率较原方案提升 15%（因自适应步距减少了无效切削路径）。

感谢楼主的分享，让我收获颇丰。