PowerMILL與模具高速加工技術(shù)

高速加工技術(shù)隨著數(shù)控加工設(shè)備與高性能加工刀具的發(fā)展日益成熟，極大的提高了模具加工速度，減少了加工工序、縮短甚至消除了耗時(shí)的鉗工修復(fù)工作，從而極大地縮短了模具的生產(chǎn)周期。模具的高速加工技術(shù)逐漸成為我國(guó)模具工業(yè)技術(shù)改造最主要的內(nèi)容之一 。

高速加工的基本出發(fā)點(diǎn)是高速低負(fù)荷狀態(tài)下的切削可較低速高負(fù)荷狀態(tài)下切削更快地切除材料。低負(fù)荷切削意味著可減輕切削力，從而減少切削過程中的振動(dòng)和變形。使用合適的刀具，在高速狀態(tài)下可切削高硬質(zhì)的材料。高速切削可使大部分的切削熱通過切屑帶走，從而減少零件的熱變形。因此高速加工并不是簡(jiǎn)單地使用現(xiàn)有刀具路徑，通過提高主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給率去實(shí)現(xiàn)。如果使用了不適當(dāng)?shù)募庸げ呗�，輕則會(huì)導(dǎo)致刀具壽命的降低，重則可能導(dǎo)致更加可怕的結(jié)果。

筆者使用英國(guó)DELCAM公司的專業(yè)高速加工軟件PowerMILL從事模具加工多年，在這篇文章中將介紹一下筆者關(guān)于高速加工的一些觀點(diǎn)及使用PowerMILL的一些高速加工方面的經(jīng)驗(yàn)和方法，希望與我國(guó)從事模具高速加工的工程技術(shù)人員交流。本文所提出的觀點(diǎn)、所列出的數(shù)據(jù)僅代表個(gè)人觀點(diǎn)，特此說明。

英國(guó)DELCAM公司是世界上最早致力于高速加工工藝及CAD/CAM相應(yīng)技術(shù)研究的專業(yè)CAD/CAM集成系統(tǒng)開發(fā)商之一。該公司也是世界上唯一擁有大型模具加工車間的CAD/CAM軟件系統(tǒng)開發(fā)商。PowerMILL是其一款優(yōu)秀的、獨(dú)立的、基于知識(shí)的專業(yè)三維加工軟件，它易于操作，計(jì)算速度快，完全仿過切，一直被業(yè)界譽(yù)為最優(yōu)秀的高速加工軟件之一，使用PowerMILL做高速加工，筆者闡述以下一些觀點(diǎn)：

1．粗加工時(shí)應(yīng)注意的問題及采用的加工策略

PowerMILL的粗加工（區(qū)域清除）的下切或行間過渡部分應(yīng)該采用斜式下刀或圓弧下刀，并且盡量采取順銑的加工方式，刀具路徑的尖角處要采用圓角的光順處理，這樣才盡可能地保持刀具負(fù)荷的穩(wěn)定，減少任何切削方向的突然變化，從而符合高速加工的需求。同時(shí)在PowerMILL的粗加工中應(yīng)采用以下加工策略 。


圖1 賽車線加工刀具路徑

圖2 擺線粗加工刀具路徑

圖3 殘留粗加工刀具路徑

圖4 優(yōu)化平行加工刀具路徑

圖5 螺旋3D偏置加工刀具路徑

圖6 最佳等高策略的刀具路徑

圖7 快進(jìn)高度的尖角處圓角光順處理

圖8 PowerMILL5定義刀具路徑的表格


盡量使用偏置加工策略而不是使用傳統(tǒng)的平行加工策略。在可能的情況下，都應(yīng)從工件的中心開始向外加工，以盡量減少全刀寬切削。

賽車線加工(Race Line Machining)是DELCAM推出的專利高速加工方式，如下圖1，它模擬了賽車的原理，最大化地消除了刀具路徑中的尖銳拐角，刀具保持了恒定刀具負(fù)荷和排屑率，同時(shí)盡量避免了全刀寬切削。使得刀具負(fù)荷更加穩(wěn)定，可顯著減少刀具磨損，改善加工質(zhì)量。

擺線粗加工是DELCAM推出的另外一種高速加工方式。如下圖2，在刀具過載的區(qū)域，PowerMILL采用擺線加工，可顯著提高加工效率，延長(zhǎng)刀具壽命，減少對(duì)機(jī)床的沖擊 。


2．殘余量加工


PowerMILL是基于知識(shí)的專業(yè)加工軟件，它的殘留粗加工能自動(dòng)識(shí)別上一道工序的殘留區(qū)域和拐角區(qū)域，自動(dòng)判別在上一道工序留有的臺(tái)階的層間進(jìn)行切削，系統(tǒng)智能地優(yōu)化刀具路徑，使用戶能夠獲得空走刀最少的優(yōu)化的刀具路徑 。

3．精加工時(shí)應(yīng)注意的問題及采用的加工策略


PowrMILL的精加工的連接處應(yīng)盡量采用圓弧或螺旋等方式切入切出工件，要盡量減少抬刀次數(shù)和減少刀具路徑頻繁方向的變化。同時(shí)在PowerMILL的精加工應(yīng)盡量采用以下加工策略 。


優(yōu)化平行加工，如下圖4，在刀具路徑的尖角處采用圓角的光順處理，可顯著提高加工效率，延長(zhǎng)刀具的壽命，減少對(duì)機(jī)床的沖擊。

螺旋3D偏置加工，如下圖5，避免了平行加工策略和偏置加工策略中出現(xiàn)的頻繁方向的突然改變，從而提高加工速度，減少刀具磨損 。

最佳等高加工，如下圖6，PowerMILL系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)利用區(qū)域分析算法對(duì)陡峭和平坦區(qū)域分別處理，計(jì)算適合等高及適合使用類似3D偏置的區(qū)域，并且同時(shí)可以使用螺旋方式，在很少抬刀的情況下生成優(yōu)化的刀具路徑，獲得更好的表面質(zhì)量。

螺旋等高加工，沒有等高層之間的刀路移動(dòng)，避免頻繁抬刀，可顯著提高加工效率 。

等粗糙度等高加工，按照殘留量，自動(dòng)計(jì)算等高刀具路徑的下切步距，可顯著提高加工效率和曲面加工質(zhì)量 。


4．清根加工


PowerMILL的清根方法有筆式、縫合、沿著、自動(dòng)、殘余量清根等，可達(dá)到十多種，安全性好，考慮周到。

5．后編輯功能


后編輯功能是PowerMILL的強(qiáng)項(xiàng)之一，其它系統(tǒng)都無法與之比美。它有強(qiáng)大的裁剪和重排刀具路徑的順序等功能，如移動(dòng)開始點(diǎn)，可任意修改下刀位置，提高表面的加工質(zhì)量 。

6.使用好PowerMILL的其它一些高級(jí)功能


快進(jìn)高度的尖角處，如下圖7，PowerMILL可采用圓角的光順處理，可顯著減少對(duì)機(jī)床的沖擊，提高加工效率 。

刀桿和刀夾與刀具可一體參與刀具路徑的運(yùn)算。

智能化全程過切保護(hù)

高速加工一旦發(fā)生過切和碰撞，后果不堪設(shè)想。而傳統(tǒng)的CAM系統(tǒng)一般都是面向局部的加工方式，靠NC人員指定干涉面和保護(hù)面，采用人工或半自動(dòng)的方式防過切處理，而不是全自動(dòng)的過切防護(hù)，NC人員的精神壓力極大，易受到情緒、責(zé)任心等方面人為因素的影響，無法從根本上杜絕錯(cuò)誤的發(fā)生，具有發(fā)生嚴(yán)重事故的隱患，因此傳統(tǒng)的CAM系統(tǒng)不適合于高速加工技術(shù)的應(yīng)用。PowerMILL采用了最新的技術(shù)，不須指定防切面和干涉面，系統(tǒng)具備智能化全程過切保護(hù)功能，即使NC人員的參數(shù)設(shè)置的不合理，系統(tǒng)也自動(dòng)提示；同時(shí)刀桿和刀夾與刀具一體參與刀具路徑的運(yùn)算，這樣完全避免了過切和碰撞的發(fā)生，消除了NC人員和機(jī)床操作者對(duì)此的顧慮 。

計(jì)算速度快

好的高速加工程序在機(jī)床上執(zhí)行得非常快，但它的產(chǎn)生卻需花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間和大量的精力。在如模具制造這樣的單件加工領(lǐng)域，因等待加工程序而導(dǎo)致機(jī)床停機(jī)的現(xiàn)象非常普遍。如果簡(jiǎn)單地將這種壓力強(qiáng)加給CAM操作者，讓他們更快地產(chǎn)生刀具路徑，常常會(huì)迫使他們走捷徑。其結(jié)果是所編制的程序并不經(jīng)濟(jì)、有效。盡管機(jī)床在繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，但加工速度卻大打折扣。PowerMILL具有極強(qiáng)的計(jì)算速度，據(jù)測(cè)試比其它系統(tǒng)至少快兩倍以上。同時(shí)PowerMILL還對(duì)刀具路徑自動(dòng)優(yōu)化，這些都滿足了高速加工的需求。


7.結(jié)束語
本文是筆者對(duì)高速加工的理解，以及在實(shí)際工作中的一些經(jīng)驗(yàn)，個(gè)人認(rèn)為高速加工的程序的安全性是首要的，因此PowerMILL的智能化全程過切保護(hù)功能就顯的尤其重要。其次應(yīng)該選取正確的加工順序。盡管CAM軟件如PowerMILL的自動(dòng)化水平日益提高和增強(qiáng)，但它最終代替不了用戶自己對(duì)加工零件和加工策略的理解和經(jīng)驗(yàn)，仔細(xì)安排加工順序至關(guān)重要。另外，適當(dāng)使用PowerMILL系統(tǒng)所提供的高速高效的加工策略是獲得良好高速加工結(jié)果的最有效途徑。以上是筆者使用PowerMILL的一些經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，不足之處請(qǐng)大家指正 。