In-depth analysis of 2D and 3D toolpaths in CNC machining

011.刀具路径的重要性

numerical control machining里，刀具路径规划相当关键，它是切削工具于加工进程用到的遵循轨迹，此路径生成依靠CAD和CAM software模拟，经模拟能预览刀具加工时运动轨迹，进而检测夹具与工件潜在干涉，评估切削速度，且发现意外编程致工件外切削时及时调整。

022.2D刀具路径解析

> 2D路径的定义与应用

于CNC铣削而言，刀具路径的种类由轴的数量以及其运动方式所决定，2D路径是被限定于X – Y平面上的操作，其特性是于这些平面上开展切削，图4呈现出一个2D刀具路径的实例，借由它我们能够更直观地知晓这种路径的特点和应用场景。

在特定情境当中，2D刀具路径显得特别重要，当把注意力集中于切割操作之时，2D路径变得有意义，因为切削动作仅仅在X-Y平面里发生，也就是说，工件是沿着垂直于刀具的方向去进行切削的，尽管有人可能会把2D刀具路径称作2.5D，为的是更好地描述它的特性，然而这并不能改变其在X-Y平面内进行切削的本质，当加工零件凹槽的时候，这个区别变得格外明显。

> 2D路径的具体操作

经常能看到的2D操作涵盖平面铣削，轮廓铣削，型腔铣削，槽铣削，倒角与倒圆角铣削。平面铣削给后续操作打下了基础，二维轮廓操作主要是对着零件外部壁面进行粗、精加工，型腔铣削专心致力于去除材料从而形成所需要的型腔，而槽铣削会在特定位置加工出有着特定形状的槽。除此以外，倒角铣削和倒圆角（圆角）铣削同样是常见的操作方式。

033.3D刀具路径解析

> 3D路径的重要性

倘若引入Z轴的运动，那么2D路径便会转变为3D路径。这些路径可以对复杂形状进行加工，比如模具、冲模工具、拓扑结构以及具备复合圆的几何形状，这显得颇为重要。跟3D扫描仪的工作方式相类似，CAM软件在对待加工几何体进行处理时，会构建一个三角形网格用以表示该几何体。这个网格随后会被用来计算三维刀具路径。

> 3D操作的具体应用

被经常见到的3D操作涵盖粗加工，还有精加工，以及别的复杂操作。粗加工操作主要关联粗铣削，其目的在于把工件上边的大多数材料给去除掉。当中，自适应粗加工策略借助把工件划分成不一样的Z轴高度，从底部开始逐个地去除大面积材料，而型腔粗加工同样采用CAM软件划分Z轴高度的方式。精加工操作目的是进一步使得工件的表面质量得到提升，这包含光洁度，以及尺寸精度，还有公差控制。

还有轮廓、斜坡、平行、平面、螺旋以及径向等，这些属于常见的3D操作，它们依据具体的加工需求以及CAM软件参数来进行定义，然后予以执行，特别适用于那些有着复杂曲面的工件。