優(yōu)化CAM編程 實現(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、模具設計、數(shù)控加工、鉗工裝配試模等幾大環(huán)節(jié)，其中對模具質量和交貨周期這兩個行業(yè)競爭要素來說，目前業(yè)內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)時間的長短、加工工藝合理與否、機加工和電加工的合理分配等，還會影響到后期鉗工裝配試模的質量和周期，因此，各個企業(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。當然，所有這些對數(shù)控加工環(huán)節(jié)的要求最終都歸結到了CAM編程上。

保障加工環(huán)節(jié)的可控性

    所有數(shù)控機床的運行都是通過CAM程序指令來運行的，而數(shù)控機床本身就是24h運轉的，這個時間不可改變，因此，提高CAM程序本身的效率就成為了首要的問題。

    提高CAM程序本身的及時性、可靠性和高效性是提高機加工效率的重中之重。及時性是指編程工程師拿到設計數(shù)據(jù)后能夠及時按照節(jié)點進行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加工過程中的安全，完全杜絕撞刀、過切等現(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)，合理運用加工策略，根據(jù)不同的機床選用合適的刀具和相應的切削參數(shù)，減少刀具運行過程中的抖動、空進行程，提高加工效率。

    加工程序生成后，機床操作者根據(jù)CAM工程師提供的程序單（見圖1）到刀具庫房去借用刀柄和刀具，并嚴格按照CAM程序單規(guī)定的切削參數(shù)進行加工，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間來監(jiān)督每班次、每條程序的實際完成情況。這些步驟的核心在于CAM工程師對于不同材料、刀具、刀柄和機床切削性能以及詳細切削參數(shù)的掌握情況，若切削參數(shù)不準確，則一切處于失控狀態(tài)。當然，CAM工程師還要保證程序單上刀柄、刀具裝夾長度的準確性，這就要求數(shù)控加工程序單是由軟件自動產(chǎn)生的、裝夾長度是由軟件進行了碰撞分析后計算出來的。目前有些業(yè)內模具加工行業(yè)還存在加工參數(shù)由機加工操作人員自行決定、手寫程序單、不進行刀柄或者機床碰撞分析裝夾長度靠目測等可能致使加工過程失控或者降低加工效率的現(xiàn)象存在。而通過CAM自動產(chǎn)生的程序單則可以完全避免因程序由人工手寫而造成的人為失誤，以免用錯刀柄和選錯刀具的裝夾長度。

圖1 程序單示例

CAM編程工藝的優(yōu)化

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

    對于非規(guī)則的模具部件，比如大型保險杠類模具的大斜頂塊等部件，通常要靠反轉多個角度才能加工完成，每個加工步驟的裝夾方式、工藝基準等都是影響最終零件的加工精度的關鍵因素，因此，此類部件的精度往往會成為整副模具制作周期長短的關鍵。在日本某知名模具廠，該類零件和動模的加工精度能夠保證在0.03mm以內，鉗工真正達到了裝而不配的高級境界。這些都體現(xiàn)了完美的CAM編程工藝，當然，這種工藝最終是要靠CAM程序單封面上的信息來傳遞給機床，很好地進行工件的裝夾和加工基準的確立。

使CAM程序更高效

    當今，數(shù)控技術正逐漸朝著無人化、自動化的方向發(fā)展，操作人員的影響因素越來越少，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工程師對所產(chǎn)生的刀具路徑進行優(yōu)化處理，還要對各種碰撞干涉情況進行檢查。

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，對刀具路徑進行最大程度的光順處理的優(yōu)化措施。在圖2中，通過觀察機床切削過程中實際F值的變化情況，可以看出進給率比較接近CAM所給的實際數(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間為10h，可能實際加工要13h。若機床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”選項打開前后所產(chǎn)生的刀具路徑對比

圖3 若機床的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)化措施通常是對刀具路徑進行圓角優(yōu)化，避免尖角的出現(xiàn)（見圖4）。

圖4 刀具路徑的圓角優(yōu)化

3. 刀柄、機床的碰撞干涉檢查

    刀柄和機床主軸頭的碰撞干涉檢查是所有NC程序的必須步驟。這個步驟中，首先是保證數(shù)控加工中的安全，即保證沒有碰撞干涉情況；其次是選用最短的刀具來加工盡可能多的區(qū)域，因為無論是經(jīng)過怎樣優(yōu)化處理過的刀具路徑，若無原則地增加刀具、刀柄的長度來進行加工，必定會使實際的加工效率大幅降低。

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

圖5 刀柄碰撞檢查

    對于機床主軸頭部分是回轉體且與主軸同心的結構，可以把機床頭部簡化成刀柄部分進行干涉檢查（見圖6），若機床頭部和主軸不同心且有長短軸部分的結構，有時為了保證用短刀具、短刀柄進行充分加工，則要先進行刀柄碰撞檢查，然后再進行機床運動仿真（見圖7）。

圖6 刀柄和加工零件的干涉檢查

圖7 機床主軸頭部和加工部件的干涉檢查

結束語

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