通过CAM实现更高效的模具加工

    提高CAM程序本身的及时性、可靠性和高效性是提高机加工效率的重中之重，工程师需要进行对整个工艺过程的优化、刀具路径优化以及碰撞干涉检查等，以确保加工质量和效率。

    就模具制造所涉及到的流程，大体可分为模流分析、模具设计、数控加工、钳工装配试模等几大环节，其中对模具质量和交货周期这两个行业竞争要素来说，目前业内最大的瓶颈普遍在于数控加工环节，而且数控加工环节时间的长短、加工工艺合理与否、机加工和电加工的合理分配等，还会影响到后期钳工装配试模的质量和周期，因此，各个企业都在努力保证加工制造环节是可控的、工艺是优化的、效率也是不断提高的。当然，所有这些对数控加工环节的要求最终都归结到了CAM编程上。

保障加工环节的可控性

    所有数控机床的运行都是通过CAM程序指令来运行的，而数控机床本身就是24h运转的，这个时间不可改变，因此，提高CAM程序本身的效率就成为了首要的问题。

    提高CAM程序本身的及时性、可靠性和高效性是提高机加工效率的重中之重。及时性是指编程工程师拿到设计数据后能够及时按照节点进行CAM刀具路径的编制并生成加工程序；可靠性是指CAM所产生的加工程序能够保障整个加工过程中的安全，完全杜绝撞刀、过切等现象的发生；程序的高效性是指合理编排加工工艺路线，减少装夹次数，合理运用加工策略，根据不同的机床选用合适的刀具和相应的切削参数，减少刀具运行过程中的抖动、空进行程，提高加工效率。

    加工程序生成后，机床操作者根据CAM工程师提供的程序单（见图1）到刀具库房去借用刀柄和刀具，并严格按照CAM程序单规定的切削参数进行加工，记录加工完成数据。生产管理人员根据程序单所提供的加工时间来监督每班次、每条程序的实际完成情况。这些步骤的核心在于CAM工程师对于不同材料、刀具、刀柄和机床切削性能以及详细切削参数的掌握情况，若切削参数不准确，则一切处于失控状态。当然，CAM工程师还要保证程序单上刀柄、刀具装夹长度的准确性，这就要求数控加工程序单是由软件自动产生的、装夹长度是由软件进行了碰撞分析后计算出来的。目前有些业内模具加工行业还存在加工参数由机加工操作人员自行决定、手写程序单、不进行刀柄或者机床碰撞分析装夹长度靠目测等可能致使加工过程失控或者降低加工效率的现象存在。而通过CAM自动产生的程序单则可以完全避免因程序由人工手写而造成的人为失误，以免用错刀柄和选错刀具的装夹长度。

图1  程序单示例

CAM编程工艺的优化

   CAM编程工艺的优化是指对工件加工顺序的整个路线编排环节进行优化。

    对于非规则的模具部件，比如大型保险杠类模具的大斜顶块等部件，通常要靠反转多个角度才能加工完成，每个加工步骤的装夹方式、工艺基准等都是影响最终零件的加工精度的关键因素，因此，此类部件的精度往往会成为整副模具制作周期长短的关键。在日本某知名模具厂，该类零件和动模的加工精度能够保证在0.03mm以内，钳工真正达到了装而不配的高级境界。这些都体现了完美的CAM编程工艺，当然，这种工艺最终是要靠CAM程序单封面上的信息来传递给机床，很好地进行工件的装夹和加工基准的确立。

使CAM程序更高效

    当今，数控技术正逐渐朝着无人化、自动化的方向发展，操作人员的影响因素越来越少，因此，只有程序本身是优化的、光顺的，才能保证数控加工的精度和效率。这首先要求CAM工程师对所产生的刀具路径进行优化处理，还要对各种碰撞干涉情况进行检查。

1．粗加工刀具路径优化处理

    在粗加工中，通常可采取在保证零件加工精度的前提下，对刀具路径进行最大程度的光顺处理的优化措施。在图2中，通过观察机床切削过程中实际F值的变化情况，可以看出进给率比较接近CAM所给的实际数值。而普通的刀具路径所产生的NC程序则有许多偏离情况，刀具路径中减速、加速频繁，致使加工效率低下——若程序单所给出的编程时间为10h，可能实际加工要13h。若机床G00速度够快,还可以采取如图3所示的更为光顺的刀具路径，提高加工效率。

图2  PowerMILL软件中高速加工的“race line”选项打开前后所产生的刀具路径对比

图3  若机床的G00速度够快，则可以采用这种加工效率更高的加工策略

2. 精加工刀具路径的优化

    精加工中的优化措施通常是对刀具路径进行圆角优化，避免尖角的出现（见图4）。

图4  刀具路径的圆角优化

 3. 刀柄、机床的碰撞干涉检查

    刀柄和机床主轴头的碰撞干涉检查是所有NC程序的必须步骤。这个步骤中，首先是保证数控加工中的安全，即保证没有碰撞干涉情况；其次是选用最短的刀具来加工尽可能多的区域，因为无论是经过怎样优化处理过的刀具路径，若无原则地增加刀具、刀柄的长度来进行加工，必定会使实际的加工效率大幅降低。

    碰撞干涉检查分为两部分：一个是刀柄和加工零件的干涉检查（见图5）；一个是机床部件（主轴头部）和加工部件的干涉检查。

图5  刀柄碰撞检查

    对于机床主轴头部分是回转体且与主轴同心的结构，可以把机床头部简化成刀柄部分进行干涉检查（见图6），若机床头部和主轴不同心且有长短轴部分的结构，有时为了保证用短刀具、短刀柄进行充分加工，则要先进行刀柄碰撞检查，然后再进行机床运动仿真（见图7）。

图6  刀柄和加工零件的干涉检查

图7  机床主轴头部和加工部件的干涉检查

结束语

    CAM编程不仅仅是一种编程策略或者编程方法的体现，而是结合编程方法、加工工艺流程、刀具、刀柄结合机床和切削材料的运用等一系列综合知识的集成。在实际工作中，技术工程师必须要将这些知识相互结合起来，并且灵活运用，才能达到好的加工效果，从而提高模具加工质量，缩短模具的制造周期，为企业发展提供更加强有力的支持。