優(yōu)化CAM編程 實(shí)現(xiàn)更高效的模具加工

    就模具制造所涉及到的流程，大體可分為模流分析、模具設(shè)計(jì)、數(shù)控加工、鉗工裝配試模等幾大環(huán)節(jié)，其中對(duì)模具質(zhì)量和交貨周期這兩個(gè)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)要素來(lái)說(shuō)，目前業(yè)內(nèi)最大的瓶頸普遍在于數(shù)控加工環(huán)節(jié)，而且數(shù)控加工環(huán)節(jié)時(shí)間的長(zhǎng)短、加工工藝合理與否、機(jī)加工和電加工的合理分配等，還會(huì)影響到后期鉗工裝配試模的質(zhì)量和周期，因此，各個(gè)企業(yè)都在努力保證加工制造環(huán)節(jié)是可控的、工藝是優(yōu)化的、效率也是不斷提高的。當(dāng)然，所有這些對(duì)數(shù)控加工環(huán)節(jié)的要求最終都?xì)w結(jié)到了CAM編程上。

保障加工環(huán)節(jié)的可控性

    所有數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行都是通過(guò)CAM程序指令來(lái)運(yùn)行的，而數(shù)控機(jī)床本身就是24h運(yùn)轉(zhuǎn)的，這個(gè)時(shí)間不可改變，因此，提高CAM程序本身的效率就成為了首要的問(wèn)題。

    提高CAM程序本身的及時(shí)性、可靠性和高效性是提高機(jī)加工效率的重中之重。及時(shí)性是指編程工程師拿到設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)后能夠及時(shí)按照節(jié)點(diǎn)進(jìn)行CAM刀具路徑的編制并生成加工程序；可靠性是指CAM所產(chǎn)生的加工程序能夠保障整個(gè)加工過(guò)程中的安全，完全杜絕撞刀、過(guò)切等現(xiàn)象的發(fā)生；程序的高效性是指合理編排加工工藝路線，減少裝夾次數(shù)，合理運(yùn)用加工策略，根據(jù)不同的機(jī)床選用合適的刀具和相應(yīng)的切削參數(shù)，減少刀具運(yùn)行過(guò)程中的抖動(dòng)、空進(jìn)行程，提高加工效率。

    加工程序生成后，機(jī)床操作者根據(jù)CAM工程師提供的程序單（見(jiàn)圖1）到刀具庫(kù)房去借用刀柄和刀具，并嚴(yán)格按照CAM程序單規(guī)定的切削參數(shù)進(jìn)行加工，記錄加工完成數(shù)據(jù)。生產(chǎn)管理人員根據(jù)程序單所提供的加工時(shí)間來(lái)監(jiān)督每班次、每條程序的實(shí)際完成情況。這些步驟的核心在于CAM工程師對(duì)于不同材料、刀具、刀柄和機(jī)床切削性能以及詳細(xì)切削參數(shù)的掌握情況，若切削參數(shù)不準(zhǔn)確，則一切處于失控狀態(tài)。當(dāng)然，CAM工程師還要保證程序單上刀柄、刀具裝夾長(zhǎng)度的準(zhǔn)確性，這就要求數(shù)控加工程序單是由軟件自動(dòng)產(chǎn)生的、裝夾長(zhǎng)度是由軟件進(jìn)行了碰撞分析后計(jì)算出來(lái)的。目前有些業(yè)內(nèi)模具加工行業(yè)還存在加工參數(shù)由機(jī)加工操作人員自行決定、手寫(xiě)程序單、不進(jìn)行刀柄或者機(jī)床碰撞分析裝夾長(zhǎng)度靠目測(cè)等可能致使加工過(guò)程失控或者降低加工效率的現(xiàn)象存在。而通過(guò)CAM自動(dòng)產(chǎn)生的程序單則可以完全避免因程序由人工手寫(xiě)而造成的人為失誤，以免用錯(cuò)刀柄和選錯(cuò)刀具的裝夾長(zhǎng)度。

圖1 程序單示例

CAM編程工藝的優(yōu)化

    CAM編程工藝的優(yōu)化是指對(duì)工件加工順序的整個(gè)路線編排環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化。

    對(duì)于非規(guī)則的模具部件，比如大型保險(xiǎn)杠類(lèi)模具的大斜頂塊等部件，通常要靠反轉(zhuǎn)多個(gè)角度才能加工完成，每個(gè)加工步驟的裝夾方式、工藝基準(zhǔn)等都是影響最終零件的加工精度的關(guān)鍵因素，因此，此類(lèi)部件的精度往往會(huì)成為整副模具制作周期長(zhǎng)短的關(guān)鍵。在日本某知名模具廠，該類(lèi)零件和動(dòng)模的加工精度能夠保證在0.03mm以內(nèi)，鉗工真正達(dá)到了裝而不配的高級(jí)境界。這些都體現(xiàn)了完美的CAM編程工藝，當(dāng)然，這種工藝最終是要靠CAM程序單封面上的信息來(lái)傳遞給機(jī)床，很好地進(jìn)行工件的裝夾和加工基準(zhǔn)的確立。

使CAM程序更高效

    當(dāng)今，數(shù)控技術(shù)正逐漸朝著無(wú)人化、自動(dòng)化的方向發(fā)展，操作人員的影響因素越來(lái)越少，因此，只有程序本身是優(yōu)化的、光順的，才能保證數(shù)控加工的精度和效率。這首先要求CAM工程師對(duì)所產(chǎn)生的刀具路徑進(jìn)行優(yōu)化處理，還要對(duì)各種碰撞干涉情況進(jìn)行檢查。

1．粗加工刀具路徑優(yōu)化處理

    在粗加工中，通�？刹扇≡诒ＷC零件加工精度的前提下，對(duì)刀具路徑進(jìn)行最大程度的光順處理的優(yōu)化措施。在圖2中，通過(guò)觀察機(jī)床切削過(guò)程中實(shí)際F值的變化情況，可以看出進(jìn)給率比較接近CAM所給的實(shí)際數(shù)值。而普通的刀具路徑所產(chǎn)生的NC程序則有許多偏離情況，刀具路徑中減速、加速頻繁，致使加工效率低下——若程序單所給出的編程時(shí)間為10h，可能實(shí)際加工要13h。若機(jī)床G00速度夠快,還可以采取如圖3所示的更為光順的刀具路徑，提高加工效率。

圖2 PowerMILL軟件中高速加工的“race line”選項(xiàng)打開(kāi)前后所產(chǎn)生的刀具路徑對(duì)比

圖3 若機(jī)床的G00速度夠快，則可以采用這種加工效率更高的加工策略

2. 精加工刀具路徑的優(yōu)化

    精加工中的優(yōu)化措施通常是對(duì)刀具路徑進(jìn)行圓角優(yōu)化，避免尖角的出現(xiàn)（見(jiàn)圖4）。

圖4 刀具路徑的圓角優(yōu)化

3. 刀柄、機(jī)床的碰撞干涉檢查

    刀柄和機(jī)床主軸頭的碰撞干涉檢查是所有NC程序的必須步驟。這個(gè)步驟中，首先是保證數(shù)控加工中的安全，即保證沒(méi)有碰撞干涉情況；其次是選用最短的刀具來(lái)加工盡可能多的區(qū)域，因?yàn)闊o(wú)論是經(jīng)過(guò)怎樣優(yōu)化處理過(guò)的刀具路徑，若無(wú)原則地增加刀具、刀柄的長(zhǎng)度來(lái)進(jìn)行加工，必定會(huì)使實(shí)際的加工效率大幅降低。

    碰撞干涉檢查分為兩部分：一個(gè)是刀柄和加工零件的干涉檢查（見(jiàn)圖5）；一個(gè)是機(jī)床部件（主軸頭部）和加工部件的干涉檢查。

圖5 刀柄碰撞檢查

    對(duì)于機(jī)床主軸頭部分是回轉(zhuǎn)體且與主軸同心的結(jié)構(gòu)，可以把機(jī)床頭部簡(jiǎn)化成刀柄部分進(jìn)行干涉檢查（見(jiàn)圖6），若機(jī)床頭部和主軸不同心且有長(zhǎng)短軸部分的結(jié)構(gòu)，有時(shí)為了保證用短刀具、短刀柄進(jìn)行充分加工，則要先進(jìn)行刀柄碰撞檢查，然后再進(jìn)行機(jī)床運(yùn)動(dòng)仿真（見(jiàn)圖7）。

圖6 刀柄和加工零件的干涉檢查

圖7 機(jī)床主軸頭部和加工部件的干涉檢查

結(jié)束語(yǔ)

    CAM編程不僅僅是一種編程策略或者編程方法的體現(xiàn)，而是結(jié)合編程方法、加工工藝流程、刀具、刀柄結(jié)合機(jī)床和切削材料的運(yùn)用等一系列綜合知識(shí)的集成。在實(shí)際工作中，技術(shù)工程師必須要將這些知識(shí)相互結(jié)合起來(lái)，并且靈活運(yùn)用，才能達(dá)到好的加工效果，從而提高模具加工質(zhì)量，縮短模具的制造周期，為企業(yè)發(fā)展提供更加強(qiáng)有力的支持