高速加工對(duì)CAM軟件的要求

　　有了“高技術(shù)”的機(jī)床(高主軸轉(zhuǎn)速和高進(jìn)給率)和高速刀具系統(tǒng)，人們就要更加關(guān)注高速加工時(shí)使用的加工方法或工藝，來(lái)保證零件加工表面質(zhì)量和減少加工時(shí)間。例如對(duì)自由曲面的加工，要保證盡可能長(zhǎng)時(shí)間地連續(xù)運(yùn)動(dòng)，以便在整個(gè)軌跡上進(jìn)行高速加工;對(duì)于平坦面零件的銑加工，需要有專用粗/精加工策略，能夠完成從毛坯外進(jìn)刀并使用坐標(biāo)面來(lái)保證5軸加工面的定位;對(duì)于航空工業(yè)中對(duì)鋁合金類(lèi)薄壁零件的加工，需要充分考慮小切深且切削力比較小，這樣，工件在加工中才不會(huì)變形，還有較高的切削效率等等。

　　高速加工有著與傳統(tǒng)加工不一樣的工藝要求。數(shù)控加工的指令應(yīng)該包含了所有的工藝過(guò)程，因此，用于高速加工的CAM數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)需要有其特殊的功能考慮。那么一個(gè)這樣的優(yōu)秀編程系統(tǒng)是應(yīng)該如何“滿足”和“配合”機(jī)床以及刀具系統(tǒng)，按照高速加工的“工藝規(guī)律”，來(lái)最大化地完成加工任務(wù)呢?筆者有以下幾點(diǎn)粗淺的認(rèn)識(shí)。

　　1. CAM系統(tǒng)應(yīng)該具有高計(jì)算量的編程速度：

　　高速加工中采用極小的進(jìn)給量和切深，單步量大，故數(shù)控程序比傳統(tǒng)的程序要大得多，沒(méi)有很高的運(yùn)算處理能力是無(wú)法配合機(jī)床運(yùn)動(dòng)以及數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行速度的�？斓木幊趟俣仁共僮魅藛T能夠?qū)Χ喾N加工策略進(jìn)行比較，采取適當(dāng)?shù)墓に嚪椒�，�?duì)刀具軌跡進(jìn)行編輯、調(diào)整和優(yōu)化，以達(dá)到最佳的加工效率。

　　2. CAM系統(tǒng)應(yīng)該具有全程自動(dòng)防過(guò)切處理能力及自動(dòng)刀具干涉檢查：

　　超過(guò)傳統(tǒng)加工10倍以上切削速度的高速加工，如果發(fā)生過(guò)切，則后果不堪設(shè)想。所以一個(gè)CAM系統(tǒng)必須具有全程自動(dòng)防過(guò)切處理能力。傳統(tǒng)的CAM系統(tǒng)只對(duì)局部的加工編程時(shí)，沒(méi)有考慮整個(gè)工件的情況，這樣極其容易發(fā)生過(guò)切現(xiàn)象。當(dāng)過(guò)切發(fā)生時(shí)，只是靠人工的選擇干預(yù)的方法來(lái)防止，很難保證全局防護(hù)的安全性。另外，高速加工的重要特征之一是能夠使用較小直徑的刀具來(lái)加工零件的細(xì)部結(jié)構(gòu)，CAM系統(tǒng)必須能夠自動(dòng)地提示最短刀具系統(tǒng)(含刀頭、刀柄和刀夾)的長(zhǎng)度，自動(dòng)進(jìn)行刀具干涉檢查。

　　3. CAM系統(tǒng)應(yīng)該具有進(jìn)給率優(yōu)化處理功能：

　　為了能夠確保最大的切削效率又要保證在高速切削時(shí)加工的安全性，CAM系統(tǒng)必須有能夠根據(jù)加工時(shí)余量的大小，自動(dòng)調(diào)整進(jìn)給率，保證加工刀具受力狀態(tài)的平穩(wěn)性。

　　4. CAM系統(tǒng)應(yīng)該具有豐富的符合高速加工要求的加工策略：

　　相比傳統(tǒng)加工方式，高速加工對(duì)工藝走刀方式有其特殊的機(jī)能要求，因而要求相配備的CAM系統(tǒng)能夠滿足這些要求。

　　1)應(yīng)避免走刀時(shí)刀具軌跡的突然變化，保持加工過(guò)程中刀具軌跡的平穩(wěn)和連續(xù)性，避免突然的加速或減速，導(dǎo)致因局部過(guò)切而造成刀具和設(shè)備的損壞;

　　2)下刀或刀行間過(guò)渡部分采用斜式下刀或圓弧下刀，避免直上直下下刀。當(dāng)?shù)毒吲c被加工曲面成90 o時(shí)，意味著刀具的刃口只有很少一部分在工作，這樣，刀具的使用壽命大大縮短了。同時(shí)，在給定轉(zhuǎn)速下時(shí)，刀具的刀尖相比全刀寬切削時(shí)移動(dòng)較短的距離，導(dǎo)致材料去除率也降低;

　　3)行切的端點(diǎn)采用圓弧連接，避免直線連接;

　　4)除非必須使用，應(yīng)盡量避免全刀寬切削;

　　5)殘余量加工或清跟加工時(shí)，應(yīng)采用多次加工或采用系列刀具從大到小分次加工，避免用小刀一次加工完成;

　　6)為了避免多余的空刀造成重復(fù)計(jì)算，對(duì)CAM系統(tǒng)的刀具軌跡編輯優(yōu)化功能要求很高，通過(guò)這些功能對(duì)刀具軌跡進(jìn)行鏡像、復(fù)制、旋轉(zhuǎn)等操作，還可以精確裁減空刀數(shù)量以提高效率。此外，還可以對(duì)零件的局部變化進(jìn)行編程和計(jì)算，無(wú)須每一次都對(duì)整個(gè)模型重新編程。

　　5. CAM系統(tǒng)應(yīng)該具有嶄新的編程方式：

　　雖然采用高速加工設(shè)備后，對(duì)編程人員的需求量增加，但是CAM系統(tǒng)的使用將是越來(lái)越簡(jiǎn)單和方便化，應(yīng)更貼近于車(chē)間加工操作人員，而不是更多地依靠技術(shù)工程師坐在設(shè)計(jì)中心的大樓里編寫(xiě)“理論”程序。隨著CAM技術(shù)智能化水平提高，出現(xiàn)了新一代獨(dú)立運(yùn)行的CAM專業(yè)系統(tǒng)，面向?qū)ο笫菍?shí)體加工方式而非傳統(tǒng)的曲面局部加工方式，編程人員只需輸入加工工藝就可以完成自動(dòng)化的編程操作，程序編制的復(fù)雜程度與零件的復(fù)雜程度無(wú)關(guān)，只與加工工藝有關(guān)，故非常易于掌握和學(xué)習(xí)。

　　英國(guó)Delcam公司是全球著名的CAD/CAM軟件產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)商和供應(yīng)商，它旗下的數(shù)控編程系統(tǒng)PowerMILL是眾所周知的獨(dú)立運(yùn)行的CAM軟件，除了可以完全無(wú)縫連接地接受Delcam公司的CAD系統(tǒng)(PowerSHAPE)的數(shù)據(jù)以外，它還可以利用PS-Exchange(Delcam公司的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件)，或通過(guò)IGES、VDA、STL和多種不同的專業(yè)直接接口接受來(lái)自任何CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。PowerMILL功能強(qiáng)大、易學(xué)易用，可以快速準(zhǔn)確地產(chǎn)生能最大限度發(fā)揮CNC高速加工機(jī)床生產(chǎn)效率的、無(wú)過(guò)切的粗加工和精加工刀具路徑，確保生產(chǎn)出高質(zhì)量的零件和產(chǎn)品。由于篇幅的關(guān)系，在這里無(wú)法完整地?cái)⑹鯬owerMILL的各種功能，本文只是從加工工藝的角度出發(fā)，簡(jiǎn)單列舉幾個(gè)PowerMILL所具備的高速加工工藝策略，看看它是如何保證最大化發(fā)揮機(jī)床、刀具和數(shù)控系統(tǒng)功能和加工效率的。

　　1.高效區(qū)域加工策略：

　　PowerMILL的這種加工方法的基本點(diǎn)是盡可能地保證刀具負(fù)荷的穩(wěn)定，盡量減少切削方向的突然變化。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，PowerMILL在區(qū)域清除加工中用偏置加工策略取代了傳統(tǒng)的平行加工策略。

　　2.賽車(chē)線加工：

　　這是Delcam擁有專利權(quán)的加工策略。在此策略中，隨刀具路徑切離主形體，初加工刀路將變得越來(lái)越平滑，這樣可以避免道路突然轉(zhuǎn)向，從而降低機(jī)床負(fù)荷，減少刀具磨損，實(shí)現(xiàn)高速加工。

　　3.擺線加工：

　　這是PowerMILL的另一種全新的加工方式。這種加工方式以圓形移動(dòng)方式沿指定路徑運(yùn)動(dòng)，逐漸切除毛坯中的材料，從而避免刀具的全刀寬切削。這種方法可以自動(dòng)調(diào)整刀具路徑，以保證安全有效的加工。

　　4.自動(dòng)擺線加工：

　　它組合了偏置加工策略和擺線加工策略。在需要切削大量材料的地方自動(dòng)使用擺線加工策略，而在其它情況下使用偏置加工策略，避免了使用傳統(tǒng)偏置加工策略中可能出現(xiàn)的高切削負(fù)荷。

　　5.殘留粗加工：

　　PowerMILL引入了殘留模型的概念，可以極大地加快計(jì)算速度，提高加工精度并確保每把刀具都能進(jìn)行最高效率的切削。這種方法尤其適用于需要使用多把尺寸減少的刀具進(jìn)行切削的零件。

　　6.高速精加工：

　　PowerMILL提供了諸如三維偏置、等高精加工和最佳等高精加工、螺旋等高精加工等策略，這些加工策略可以保證切削過(guò)程光順、穩(wěn)定，確保能快速切除工件上的材料，得到高精度、光滑的切削表面。

　　7.變余量加工：

　　PowerMILL提供的這種加工策略可以分別為加工工件設(shè)置軸向余量和徑向余量，尤其適用于類(lèi)似平底型腔零件這樣具有垂直角的工件。在航空工業(yè)中加工這類(lèi)零件時(shí)，通常使用初加工策略加工出型腔底部，留下垂直的薄壁供后續(xù)工序加工。

　　8.側(cè)刃(SWARF)加工：

　　這種技術(shù)使用刀具的側(cè)刃而不使用刀尖進(jìn)行加工，因此可以得到更加光滑的加工表面。它廣泛地應(yīng)用在復(fù)合零件和鈑金零件的精加工上，也可以用在加工航空航天工業(yè)的復(fù)雜的型腔零件。

　　除了以上各種高速加工策略以外，PowerMILL還支持諸如固定5軸和連續(xù)5軸高速加工方法，包括曲面投影加工、驅(qū)動(dòng)曲面加工、銑槽加工、多軸鉆孔等。在最大發(fā)揮刀具性能的要求下，提供刀具路徑的修園功能、刀具路徑編輯、刀具夾持碰撞檢查等加工方法，支持包括球頭刀、端銑刀、鍵端銑刀、錐度端銑刀、圓角偏心端銑刀和刀尖圓角端銑刀在內(nèi)的全部刀具類(lèi)型。使用刀尖圓角端銑刀還可以加工倒勾型面。