PowerMILL与模具高速加工技术

高速加工技术随着数控加工设备与高性能加工刀具的发展日益成熟，极大的提高了模具加工速度，减少了加工工序、缩短甚至消除了耗时的钳工修复工作，从而极大地缩短了模具的生产周期。模具的高速加工技术逐渐成为我国模具工业技术改造最主要的内容之一 。

高速加工的基本出发点是高速低负荷状态下的切削可较低速高负荷状态下切削更快地切除材料。低负荷切削意味着可减轻切削力，从而减少切削过程中的振动和变形。使用合适的刀具，在高速状态下可切削高硬质的材料。高速切削可使大部分的切削热通过切屑带走，从而减少零件的热变形。因此高速加工并不是简单地使用现有刀具路径，通过提高主轴转速和进给率去实现。如果使用了不适当的加工策略，轻则会导致刀具寿命的降低，重则可能导致更加可怕的结果。

笔者使用英国DELCAM公司的专业高速加工软件PowerMILL从事模具加工多年，在这篇文章中将介绍一下笔者关于高速加工的一些观点及使用PowerMILL的一些高速加工方面的经验和方法，希望与我国从事模具高速加工的工程技术人员交流。本文所提出的观点、所列出的数据仅代表个人观点，特此说明。

英国DELCAM公司是世界上最早致力于高速加工工艺及CAD/CAM相应技术研究的专业CAD/CAM集成系统开发商之一。该公司也是世界上唯一拥有大型模具加工车间的CAD/CAM软件系统开发商。PowerMILL是其一款优秀的、独立的、基于知识的专业三维加工软件，它易于操作，计算速度快，完全仿过切，一直被业界誉为最优秀的高速加工软件之一，使用PowerMILL做高速加工，笔者阐述以下一些观点：

1．粗加工时应注意的问题及采用的加工策略

PowerMILL的粗加工（区域清除）的下切或行间过渡部分应该采用斜式下刀或圆弧下刀，并且尽量采取顺铣的加工方式，刀具路径的尖角处要采用圆角的光顺处理，这样才尽可能地保持刀具负荷的稳定，减少任何切削方向的突然变化，从而符合高速加工的需求。同时在PowerMILL的粗加工中应采用以下加工策略 。


图1 赛车线加工刀具路径

图2 摆线粗加工刀具路径

图3 残留粗加工刀具路径

图4 优化平行加工刀具路径

图5 螺旋3D偏置加工刀具路径

图6 最佳等高策略的刀具路径

图7 快进高度的尖角处圆角光顺处理

图8 PowerMILL5定义刀具路径的表格


尽量使用偏置加工策略而不是使用传统的平行加工策略。在可能的情况下，都应从工件的中心开始向外加工，以尽量减少全刀宽切削。

赛车线加工(Race Line Machining)是DELCAM推出的专利高速加工方式，如下图1，它模拟了赛车的原理，最大化地消除了刀具路径中的尖锐拐角，刀具保持了恒定刀具负荷和排屑率，同时尽量避免了全刀宽切削。使得刀具负荷更加稳定，可显著减少刀具磨损，改善加工质量。

摆线粗加工是DELCAM推出的另外一种高速加工方式。如下图2，在刀具过载的区域，PowerMILL采用摆线加工，可显著提高加工效率，延长刀具寿命，减少对机床的冲击 。


2．残余量加工


PowerMILL是基于知识的专业加工软件，它的残留粗加工能自动识别上一道工序的残留区域和拐角区域，自动判别在上一道工序留有的台阶的层间进行切削，系统智能地优化刀具路径，使用户能够获得空走刀最少的优化的刀具路径 。

3．精加工时应注意的问题及采用的加工策略


PowrMILL的精加工的连接处应尽量采用圆弧或螺旋等方式切入切出工件，要尽量减少抬刀次数和减少刀具路径频繁方向的变化。同时在PowerMILL的精加工应尽量采用以下加工策略 。


优化平行加工，如下图4，在刀具路径的尖角处采用圆角的光顺处理，可显著提高加工效率，延长刀具的寿命，减少对机床的冲击。

螺旋3D偏置加工，如下图5，避免了平行加工策略和偏置加工策略中出现的频繁方向的突然改变，从而提高加工速度，减少刀具磨损 。

最佳等高加工，如下图6，PowerMILL系统会自动利用区域分析算法对陡峭和平坦区域分别处理，计算适合等高及适合使用类似3D偏置的区域，并且同时可以使用螺旋方式，在很少抬刀的情况下生成优化的刀具路径，获得更好的表面质量。

螺旋等高加工，没有等高层之间的刀路移动，避免频繁抬刀，可显著提高加工效率 。

等粗糙度等高加工，按照残留量，自动计算等高刀具路径的下切步距，可显著提高加工效率和曲面加工质量 。


4．清根加工


PowerMILL的清根方法有笔式、缝合、沿着、自动、残余量清根等，可达到十多种，安全性好，考虑周到。

5．后编辑功能


后编辑功能是PowerMILL的强项之一，其它系统都无法与之比美。它有强大的裁剪和重排刀具路径的顺序等功能，如移动开始点，可任意修改下刀位置，提高表面的加工质量 。

6.使用好PowerMILL的其它一些高级功能


快进高度的尖角处，如下图7，PowerMILL可采用圆角的光顺处理，可显著减少对机床的冲击，提高加工效率 。

刀杆和刀夹与刀具可一体参与刀具路径的运算。

智能化全程过切保护

高速加工一旦发生过切和碰撞，后果不堪设想。而传统的CAM系统一般都是面向局部的加工方式，靠NC人员指定干涉面和保护面，采用人工或半自动的方式防过切处理，而不是全自动的过切防护，NC人员的精神压力极大，易受到情绪、责任心等方面人为因素的影响，无法从根本上杜绝错误的发生，具有发生严重事故的隐患，因此传统的CAM系统不适合于高速加工技术的应用。PowerMILL采用了最新的技术，不须指定防切面和干涉面，系统具备智能化全程过切保护功能，即使NC人员的参数设置的不合理，系统也自动提示；同时刀杆和刀夹与刀具一体参与刀具路径的运算，这样完全避免了过切和碰撞的发生，消除了NC人员和机床操作者对此的顾虑 。

计算速度快

好的高速加工程序在机床上执行得非常快，但它的产生却需花费很长的时间和大量的精力。在如模具制造这样的单件加工领域，因等待加工程序而导致机床停机的现象非常普遍。如果简单地将这种压力强加给CAM操作者，让他们更快地产生刀具路径，常常会迫使他们走捷径。其结果是所编制的程序并不经济、有效。尽管机床在继续运转，但加工速度却大打折扣。PowerMILL具有极强的计算速度，据测试比其它系统至少快两倍以上。同时PowerMILL还对刀具路径自动优化，这些都满足了高速加工的需求。


7.结束语
本文是笔者对高速加工的理解，以及在实际工作中的一些经验，个人认为高速加工的程序的安全性是首要的，因此PowerMILL的智能化全程过切保护功能就显的尤其重要。其次应该选取正确的加工顺序。尽管CAM软件如PowerMILL的自动化水平日益提高和增强，但它最终代替不了用户自己对加工零件和加工策略的理解和经验，仔细安排加工顺序至关重要。另外，适当使用PowerMILL系统所提供的高速高效的加工策略是获得良好高速加工结果的最有效途径。以上是笔者使用PowerMILL的一些经验和体会，不足之处请大家指正 。