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一、数控铣削刀具路径的优化准则
（一）基于安全性的刀具路径优化
在数控加工过程中，刀具路径是其非常重要的参数，在加工过程中必须将安全放在首位。
1.快速点定位的刀具路径优化
在对刀具路径进行规划时，必须要注意刀具的快速移动路径，尤其注意与工件表面的接触，必须保证刀具与工件具有一定的安全间隙。在不同情况下，工件与刀具之间的安全间隙的大小也有不同的选择。间隙量大小的选定不只是一个简单数据地选取，更是与加工工件材质、操作人员的技术经验、刀具形状直径等有着密切的关系。
2.避免障碍物的刀具路径优化
在刀具快速移动的过程中，必须保证没有障碍物的存在。铣削加工中常见的障碍物有：机床工作台、卡盘、分度头、虎钳、夹具、工件等非加工结构。这些障碍物的存在容易引发撞刀，同时还使得刀具路径的规划变得复杂繁琐。
（二）数控铣削工件刀具路径的优化
1.基于尺寸精度刀具路径的优化
工件加工的尺寸精度、形位公差等的保证主要依靠于机床的进给运动的定位精度，对于闭环伺服系统的机床，其定位精度取决于检测装置的测量精度，但大多数数控机床采用的是半闭环进给伺服系统，它们的尺寸等精度与数控机床的丝杆副、齿轮副传动间隙的制造精度有极大的关系。因此在加工精度较高的工件时，必须在设计刀具路径的时候考虑到传动系统对加工的影响，这样才能设计出较好的定位路线。
2.基于工艺系统刚性刀具路径优化
为保证工件的完美加工，刀具路线的设计必须考虑到刀具切削力的影响。切削力不仅决定了零件加工的能耗，更是决定了零件加工过程中的工艺系统刚性。因此应尽量选取既能保证工件加工顺利进行，又能使切削力最小的参数。
3.基于表面质量刀具路径的优化
工件表面质量的影响因素主要是刀具运动后留下的轨迹，具体来说就是刀具在加工零件后，会留有未加工到的材料，这样的材料离理论工件面的高度称为残留高度，极大地影响了工件的表面质量。
二、数控铣削刀具路径的优化特性
（一）转角处理
为避免机床过载，需要对加工轨迹拐角处的加、减速动态特性进行控制。即在加工拐角时提前减速，待拐角加工完成后再进行加速，这项功能可以由CNC控制系统的前瞻控制功能或CAM软件来实现。为避免刀具过载，对于有凸台或窄槽的型腔，粗加工时应避免刀具用全宽进行切削。在保持切削材料径向厚度不变时，可以采用局部往复或回旋的刀具轨迹，使刀具的切削负载恒定。
（二）圆滑连接和移刀方式的控制
在CAD建模时，对圆角的特征不应省略，以免因为轮廓尖角使刀具切削负载急剧变化。在CAM加工时，可选用较小半径的刀具（刀具半径最好小于圆倒角几何尺寸的0.7），使拐角处的刀具路径变为光滑、平顺的圆弧，以避免刀具的突然转向。同时在保证加工方向不变时，以圆滑的轨迹对走刀轮廓的内外圈进行连接，以避免刀具的刚性转折移刀。为使刀具在Z轴向工件表面起降平稳，需要对刀具的Z轴向的切入、切出轨迹，按二次乃至三次曲线进行优化，以避免刚性冲击。此外，为提高加工效率，对刀具在Z轴向的跳转与连接也应进行优化。
（三）三轴加工中刀具路径的优化特性
由于机床CNC系统的响应特性、机床传动的问隙，以及机床硬件的动态特性等因素的影响，刀具高速切削到转角处可能越过工件的实际轮廓，使轨迹发生畸变。
为解决上述问题，一是在工件外轮廓转角处，采用圆滑过渡的刀具路径，即在工件转角处，刀具绕着尖角旋转到和工件下一段轮廓相切时，才进行下一段轮廓的切削；二是在工件外轮廓尖角外，附加曲线刀具轨迹，即刀具切削至工件的转角处时，先把工件的轮廓切出，然后在尖角轮廓外回转一段曲线或圆弧后，重新进行切入；三是对工件模型进行修改，将其原来的直线转角改为圆角。
三、数控铣削刀具路径的优化途径
（一）基于CAM技术的刀具路径优化
在机械加工中，经常会遇到一些特殊结构需要铣削的零件，如图所示。这是我们公司所加工的一个零件，该零件技术要求钻攻四个螺纹孔、铣四个腰型槽。铣削腰型槽时采用了传统铣削方式，该序机动时间长达18分钟，生产效率太低，长期占用着设备资源。
针对以上问题，我们利用MasterCAM软件设计了多种铣削刀路，从下刀方式，到铣削方式都进行了多次模拟。
软件中的下刀方式有两种，分别为螺旋下刀和斜插式下刀。螺旋式下刀是刀具以螺旋下降的方式进行下刀切削，可由参数控制刀具轨迹。斜插式下刀的轨迹为一空间斜线，以G01指令走空间坐标实现，俗称拖刀。
采用螺旋下刀方式时，通常采用立铣刀或牛鼻刀，由于刀具本身具备良好的开粗功能，并且易使螺旋处产生重叠的圆纹痕迹，表面不光洁，故螺旋下刀方式多用在粗加工中，不宜用在精加工中。
采用斜插式下刀时，刀具切削材料由薄到厚，极易折损刀具。若用来开粗，则加工循环的次数要多次增加。做精加工时，由于切除材料比较少，而螺旋式下刀又不能保证尺寸精度和表面粗糙度，故用斜插式下刀比较好。在某些情况下，如型腔空间不能满足螺旋下刀的条件，但刀具仍可以进行切削时，则采用斜插式下刀。
如今，随着更多加工企业具备了高速数控加工能力和掌握了复杂的CAM编程技术，快进给铣削正成为在最短时间内去除尽可能多的工件材料的一种优选方法。快进给铣削主要是为了提高金属切除率，以提高生产率和缩短加工时间而开发的一种粗加工方法。
快进给铣削采用较小的切削深度（通常一次进给不超过2mm），产生较薄的铁屑，这些铁屑能从铣削刃上带走大量切削热。快进给铣削的每次进给量通常可高达传统铣削的5倍。这种铣削方式可减少产生的切削热，从而延长刀具寿命，并提供更高的金属切除率，比传统铣削方式快1～2倍。最终我们以快进给铣削方式代替了传统铣削方式，采用斜插下刀方式下刀，使得铣削效率提升了1倍。
（二）基于宏程序的刀具路径优化
由于我们加工的零件很少必须用到计算机编程，生产现场未配备CAM 编程软件，因此利用宏程序对铣削路径进行优化，成为了我们常用的一种手段。
数控系统为用户配备了强有力的类似于高级语言的宏程序功能，用户可以使用变量进行算术运算、逻辑运算和函数的混合运算，此外宏程序还提供了循环语句、分支语句和子程序调用语句，利于编制各种复杂的零件加工程序，减少乃至免除手工编程时进行繁琐的数值计算，以及精简程序量。
宏程序指令适合抛物线、椭圆、双曲线等没有插补指令的曲线编程；适合图形一样，只是尺寸不同的系列零件的编程；适合工艺路径一样，只是位置参数不同的系列零件的编程。宏程序较大地简化了编程并扩展了应用范围。
