高速加工对CAM软件的要求

　　有了“高技术”的机床(高主轴转速和高进给率)和高速刀具系统，人们就要更加关注高速加工时使用的加工方法或工艺，来保证零件加工表面质量和减少加工时间。例如对自由曲面的加工，要保证尽可能长时间地连续运动，以便在整个轨迹上进行高速加工;对于平坦面零件的铣加工，需要有专用粗/精加工策略，能够完成从毛坯外进刀并使用坐标面来保证5轴加工面的定位;对于航空工业中对铝合金类薄壁零件的加工，需要充分考虑小切深且切削力比较小，这样，工件在加工中才不会变形，还有较高的切削效率等等。

　　高速加工有着与传统加工不一样的工艺要求。数控加工的指令应该包含了所有的工艺过程，因此，用于高速加工的CAM数控自动编程系统需要有其特殊的功能考虑。那么一个这样的优秀编程系统是应该如何“满足”和“配合”机床以及刀具系统，按照高速加工的“工艺规律”，来最大化地完成加工任务呢?笔者有以下几点粗浅的认识。

　　1. CAM系统应该具有高计算量的编程速度：

　　高速加工中采用极小的进给量和切深，单步量大，故数控程序比传统的程序要大得多，没有很高的运算处理能力是无法配合机床运动以及数控系统的执行速度的。快的编程速度使操作人员能够对多种加工策略进行比较，采取适当的工艺方法，对刀具轨迹进行编辑、调整和优化，以达到最佳的加工效率。

　　2. CAM系统应该具有全程自动防过切处理能力及自动刀具干涉检查：

　　超过传统加工10倍以上切削速度的高速加工，如果发生过切，则后果不堪设想。所以一个CAM系统必须具有全程自动防过切处理能力。传统的CAM系统只对局部的加工编程时，没有考虑整个工件的情况，这样极其容易发生过切现象。当过切发生时，只是靠人工的选择干预的方法来防止，很难保证全局防护的安全性。另外，高速加工的重要特征之一是能够使用较小直径的刀具来加工零件的细部结构，CAM系统必须能够自动地提示最短刀具系统(含刀头、刀柄和刀夹)的长度，自动进行刀具干涉检查。

　　3. CAM系统应该具有进给率优化处理功能：

　　为了能够确保最大的切削效率又要保证在高速切削时加工的安全性，CAM系统必须有能够根据加工时余量的大小，自动调整进给率，保证加工刀具受力状态的平稳性。

　　4. CAM系统应该具有丰富的符合高速加工要求的加工策略：

　　相比传统加工方式，高速加工对工艺走刀方式有其特殊的机能要求，因而要求相配备的CAM系统能够满足这些要求。

　　1)应避免走刀时刀具轨迹的突然变化，保持加工过程中刀具轨迹的平稳和连续性，避免突然的加速或减速，导致因局部过切而造成刀具和设备的损坏;

　　2)下刀或刀行间过渡部分采用斜式下刀或圆弧下刀，避免直上直下下刀。当刀具与被加工曲面成90 o时，意味着刀具的刃口只有很少一部分在工作，这样，刀具的使用寿命大大缩短了。同时，在给定转速下时，刀具的刀尖相比全刀宽切削时移动较短的距离，导致材料去除率也降低;

　　3)行切的端点采用圆弧连接，避免直线连接;

　　4)除非必须使用，应尽量避免全刀宽切削;

　　5)残余量加工或清跟加工时，应采用多次加工或采用系列刀具从大到小分次加工，避免用小刀一次加工完成;

　　6)为了避免多余的空刀造成重复计算，对CAM系统的刀具轨迹编辑优化功能要求很高，通过这些功能对刀具轨迹进行镜像、复制、旋转等操作，还可以精确裁减空刀数量以提高效率。此外，还可以对零件的局部变化进行编程和计算，无须每一次都对整个模型重新编程。

　　5. CAM系统应该具有崭新的编程方式：

　　虽然采用高速加工设备后，对编程人员的需求量增加，但是CAM系统的使用将是越来越简单和方便化，应更贴近于车间加工操作人员，而不是更多地依靠技术工程师坐在设计中心的大楼里编写“理论”程序。随着CAM技术智能化水平提高，出现了新一代独立运行的CAM专业系统，面向对象是实体加工方式而非传统的曲面局部加工方式，编程人员只需输入加工工艺就可以完成自动化的编程操作，程序编制的复杂程度与零件的复杂程度无关，只与加工工艺有关，故非常易于掌握和学习。

　　英国Delcam公司是全球著名的CAD/CAM软件产品的开发商和供应商，它旗下的数控编程系统PowerMILL是众所周知的独立运行的CAM软件，除了可以完全无缝连接地接受Delcam公司的CAD系统(PowerSHAPE)的数据以外，它还可以利用PS-Exchange(Delcam公司的数据转换软件)，或通过IGES、VDA、STL和多种不同的专业直接接口接受来自任何CAD系统的数据。PowerMILL功能强大、易学易用，可以快速准确地产生能最大限度发挥CNC高速加工机床生产效率的、无过切的粗加工和精加工刀具路径，确保生产出高质量的零件和产品。由于篇幅的关系，在这里无法完整地叙述PowerMILL的各种功能，本文只是从加工工艺的角度出发，简单列举几个PowerMILL所具备的高速加工工艺策略，看看它是如何保证最大化发挥机床、刀具和数控系统功能和加工效率的。

　　1.高效区域加工策略：

　　PowerMILL的这种加工方法的基本点是尽可能地保证刀具负荷的稳定，尽量减少切削方向的突然变化。为了实现上述目标，PowerMILL在区域清除加工中用偏置加工策略取代了传统的平行加工策略。

　　2.赛车线加工：

　　这是Delcam拥有专利权的加工策略。在此策略中，随刀具路径切离主形体，初加工刀路将变得越来越平滑，这样可以避免道路突然转向，从而降低机床负荷，减少刀具磨损，实现高速加工。

　　3.摆线加工：

　　这是PowerMILL的另一种全新的加工方式。这种加工方式以圆形移动方式沿指定路径运动，逐渐切除毛坯中的材料，从而避免刀具的全刀宽切削。这种方法可以自动调整刀具路径，以保证安全有效的加工。

　　4.自动摆线加工：

　　它组合了偏置加工策略和摆线加工策略。在需要切削大量材料的地方自动使用摆线加工策略，而在其它情况下使用偏置加工策略，避免了使用传统偏置加工策略中可能出现的高切削负荷。

　　5.残留粗加工：

　　PowerMILL引入了残留模型的概念，可以极大地加快计算速度，提高加工精度并确保每把刀具都能进行最高效率的切削。这种方法尤其适用于需要使用多把尺寸减少的刀具进行切削的零件。

　　6.高速精加工：

　　PowerMILL提供了诸如三维偏置、等高精加工和最佳等高精加工、螺旋等高精加工等策略，这些加工策略可以保证切削过程光顺、稳定，确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.变余量加工：

　　PowerMILL提供的这种加工策略可以分别为加工工件设置轴向余量和径向余量，尤其适用于类似平底型腔零件这样具有垂直角的工件。在航空工业中加工这类零件时，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续工序加工。

　　8.侧刃(SWARF)加工：

　　这种技术使用刀具的侧刃而不使用刀尖进行加工，因此可以得到更加光滑的加工表面。它广泛地应用在复合零件和钣金零件的精加工上，也可以用在加工航空航天工业的复杂的型腔零件。

　　除了以上各种高速加工策略以外，PowerMILL还支持诸如固定5轴和连续5轴高速加工方法，包括曲面投影加工、驱动曲面加工、铣槽加工、多轴钻孔等。在最大发挥刀具性能的要求下，提供刀具路径的修园功能、刀具路径编辑、刀具夹持碰撞检查等加工方法，支持包括球头刀、端铣刀、键端铣刀、锥度端铣刀、圆角偏心端铣刀和刀尖圆角端铣刀在内的全部刀具类型。使用刀尖圆角端铣刀还可以加工倒勾型面。