高速加工對CAM軟件的要求

　　有了“高技術”的機床(高主軸轉速和高進給率)和高速刀具系統(tǒng)，人們就要更加關注高速加工時使用的加工方法或工藝，來保證零件加工表面質量和減少加工時間。例如對自由曲面的加工，要保證盡可能長時間地連續(xù)運動，以便在整個軌跡上進行高速加工;對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刀并使用坐標面來保證5軸加工面的定位;對于航空工業(yè)中對鋁合金類薄壁零件的加工，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)控加工的指令應該包含了所有的工藝過程，因此，用于高速加工的CAM數(shù)控自動編程系統(tǒng)需要有其特殊的功能考慮。那么一個這樣的優(yōu)秀編程系統(tǒng)是應該如何“滿足”和“配合”機床以及刀具系統(tǒng)，按照高速加工的“工藝規(guī)律”，來最大化地完成加工任務呢?筆者有以下幾點粗淺的認識。

　　1. CAM系統(tǒng)應該具有高計算量的編程速度：

　　高速加工中采用極小的進給量和切深，單步量大，故數(shù)控程序比傳統(tǒng)的程序要大得多，沒有很高的運算處理能力是無法配合機床運動以及數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行速度的�？斓木幊趟俣仁共僮魅藛T能夠對多種加工策略進行比較，采取適當?shù)墓に嚪椒ǎ瑢Φ毒哕壽E進行編輯、調整和優(yōu)化，以達到最佳的加工效率。

　　2. CAM系統(tǒng)應該具有全程自動防過切處理能力及自動刀具干涉檢查：

　　超過傳統(tǒng)加工10倍以上切削速度的高速加工，如果發(fā)生過切，則后果不堪設想。所以一個CAM系統(tǒng)必須具有全程自動防過切處理能力。傳統(tǒng)的CAM系統(tǒng)只對局部的加工編程時，沒有考慮整個工件的情況，這樣極其容易發(fā)生過切現(xiàn)象。當過切發(fā)生時，只是靠人工的選擇干預的方法來防止，很難保證全局防護的安全性。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加工零件的細部結構，CAM系統(tǒng)必須能夠自動地提示最短刀具系統(tǒng)(含刀頭、刀柄和刀夾)的長度，自動進行刀具干涉檢查。

　　3. CAM系統(tǒng)應該具有進給率優(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加工的安全性，CAM系統(tǒng)必須有能夠根據(jù)加工時余量的大小，自動調整進給率，保證加工刀具受力狀態(tài)的平穩(wěn)性。

　　4. CAM系統(tǒng)應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，高速加工對工藝走刀方式有其特殊的機能要求，因而要求相配備的CAM系統(tǒng)能夠滿足這些要求。

　　1)應避免走刀時刀具軌跡的突然變化，保持加工過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，導致因局部過切而造成刀具和設備的損壞;

　　2)下刀或刀行間過渡部分采用斜式下刀或圓弧下刀，避免直上直下下刀。當?shù)毒吲c被加工曲面成90 o時，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，在給定轉速下時，刀具的刀尖相比全刀寬切削時移動較短的距離，導致材料去除率也降低;

　　3)行切的端點采用圓弧連接，避免直線連接;

　　4)除非必須使用，應盡量避免全刀寬切削;

　　5)殘余量加工或清跟加工時，應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計算，對CAM系統(tǒng)的刀具軌跡編輯優(yōu)化功能要求很高，通過這些功能對刀具軌跡進行鏡像、復制、旋轉等操作，還可以精確裁減空刀數(shù)量以提高效率。此外，還可以對零件的局部變化進行編程和計算，無須每一次都對整個模型重新編程。

　　5. CAM系統(tǒng)應該具有嶄新的編程方式：

　　雖然采用高速加工設備后，對編程人員的需求量增加，但是CAM系統(tǒng)的使用將是越來越簡單和方便化，應更貼近于車間加工操作人員，而不是更多地依靠技術工程師坐在設計中心的大樓里編寫“理論”程序。隨著CAM技術智能化水平提高，出現(xiàn)了新一代獨立運行的CAM專業(yè)系統(tǒng)，面向對象是實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化的編程操作，程序編制的復雜程度與零件的復雜程度無關，只與加工工藝有關，故非常易于掌握和學習。

　　英國Delcam公司是全球著名的CAD/CAM軟件產品的開發(fā)商和供應商，它旗下的數(shù)控編程系統(tǒng)PowerMILL是眾所周知的獨立運行的CAM軟件，除了可以完全無縫連接地接受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)轉換軟件)，或通過IGES、VDA、STL和多種不同的專業(yè)直接接口接受來自任何CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。PowerMILL功能強大、易學易用，可以快速準確地產生能最大限度發(fā)揮CNC高速加工機床生產效率的、無過切的粗加工和精加工刀具路徑，確保生產出高質量的零件和產品。由于篇幅的關系，在這里無法完整地敘述PowerMILL的各種功能，本文只是從加工工藝的角度出發(fā)，簡單列舉幾個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是盡可能地保證刀具負荷的穩(wěn)定，盡量減少切削方向的突然變化。為了實現(xiàn)上述目標，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.賽車線加工：

　　這是Delcam擁有專利權的加工策略。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越平滑，這樣可以避免道路突然轉向，從而降低機床負荷，減少刀具磨損，實現(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方式沿指定路徑運動，逐漸切除毛坯中的材料，從而避免刀具的全刀寬切削。這種方法可以自動調整刀具路徑，以保證安全有效的加工。

　　4.自動擺線加工：

　　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，可以極大地加快計算速度，提高加工精度并確保每把刀具都能進行最高效率的切削。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置軸向余量和徑向余量，尤其適用于類似平底型腔零件這樣具有垂直角的工件。在航空工業(yè)中加工這類零件時，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.側刃(SWARF)加工：

　　這種技術使用刀具的側刃而不使用刀尖進行加工，因此可以得到更加光滑的加工表面。它廣泛地應用在復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、驅動曲面加工、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的全部刀具類型。使用刀尖圓角端銑刀還可以加工倒勾型面。