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        高速加工PowerMILL表現——舜龍數控編程培訓王工經驗之談

        智能化的高速加工CAM軟件--PowerMILL

        高速加工切削系統主要由高速切削的高速加工中心、高性能的刀具夾持系統、高速切削刀具、安全可靠的高速切削CAM軟件系統組成,因此說高速加工是一項龐大的工程。 
         
        高速加工設備的大量應用,對編程系統的要求越來越高,價格昂貴的高速加工設備對軟件提出的更高的要求安全性、有效性。高速加工走刀速度是常規加工的10倍或更高,任何編程過程的失誤如過切、干擾、碰撞等都會造成非常嚴重的事故,而且由于是高速運動,無法靠人工急停來預防。高速加工設備是非常貴重的設備,任何意外事故都會給企業造成不可估量的損失,因此需要CAM系統必須具備全自動的(而不能是半自動或人工的)防過切、防碰撞功能,確保NC指令的絕對安全性是對高速加工設備提出的一個基本要求。另外要保證刀具路徑的光滑平穩,來確保零件加工質量和機床主軸等部件的壽命以及刀具在切削過程中載荷均勻性。  
        高速加工的加工方式 
         
        PowerMILL是基于知識、基于工藝特征的、有多種獨有加工方式、全程防過切、適用于高速加工的一款智能化CAM系統。 
         
        本文從高速加工所要求的各項條件及PowerMILL適合高速加工的功能、安全防護措施來展開討論。高速加工一般可分為:以去除余量為目的的粗加工、殘留粗加工及以獲取高質量的加工表面及細微結構為目的的半精加工,精加工、鏡面加工等。 
         
        粗加工 
         
        高速加工的粗加工所應采取的工藝方案是:高切削速度、高進給率和小切削量的組合,PowerMILL的粗加工(區域清除)盡可能地保持刀具負荷的穩定,減少任何切削方向的突然變化,從而減少切削速度的降低,并且盡量采取順銑的加工方式。 
         
        PowerMILL粗加工中的賽車線加工方式,是本人綜觀多種加工軟件中所獨有的一種極為適合高速加工原理的加工方式,其基本原理:把刀具路徑看成賽車在跑道內高速行駛,賽車可以偏離跑道的中心,從而產生類似于賽車在跑道內的運動路徑,賽車可以在不失速率的情況下來轉彎。增加了刀路運動的光滑性、平衡性,避免刀路突然轉向,頻繁的切入切出所造成的沖擊。 
         
        殘留粗加工也是只有部分CAM所擁有的一個高級加工功能,PowerMILL能自動識別上一刀的殘留量,對零件進一步進行殘留粗加工及對上次粗切的優化功能。 
         
        上刀粗切中,由于零件存在非平面區域,那么就會留有臺階,使殘留余量不盡均勻,系統可以判別然后在層間切削,盡可能使余量保持均勻,進而生成優化的粗加工刀具路徑,讓你得到的是沒有空走刀的刀具路徑。 
         
        PowerMILL粗加工中另外一個特有加工功能是自動擺線加工選項。擺線加工是利用刀具沿一滾動的圓的運動來逐次、逐層對零件表面進行高速、高效、小切量的切削,以前對高速加工的要求是,必須保證使用比傳統加工方法小的行距和下切步距。最新切削刀具技術和CAM技術的發展,使得下切步距大小不再受到限制,采用擺線加工方式可在高速加工中采取大下切步距,擺線加工還能減少全刀寬切削,并且其產生的刀具路徑始終是光滑、平穩的。 
         
        PowerMILL的智能余量識別功能,能在大加工量、全刀寬、拐角等區域自動判定,自動采用擺線加工方式。從而使擺線加工方式在大余量的粗加工中得以應用。 
         
        PowerMILL粗加工中的區域過濾選項也是僅有部分CAM軟件所擁有的高級加工功能,亦即對于不具備中心切削能力的刀具,基于知識、基于工藝特征的PowerMILL系統會自動過濾掉刀具盲區干涉區域的粗加工路徑,而避免事故的發生。 
         
        另外,PowerMILL粗加工的連接方式如螺旋下刀、之字形下刀、沿輪廓斜向下刀都非常適合高速加工的加工要求,編程時可以選用,盡可能避免直接下刀。另外粗加工中,必須使用偏置加工策略,而不是使用傳統的平行加工策略。在可能的情況下,都應從工件的中心開始向外加工,以盡量減少全刀寬切削。 
         
        精加工 
         
        精加工的基本要求是要獲得很高的精度、光滑的零件表面質量,輕松實現精細區域的加工,如小的圓角(小于1mm)、小的溝漕等,高速加工的出現是一場制造行業的革命,可以使原來要使用耗時的放電加工工藝加工的工件完全在高速加工中心上完成,淬硬材料在高速加工中心上能夠獲得十分高的表面質量(R0.4),使得傳統工藝工藝人員必須重新考慮工藝。 
         
        如果要獲得高的表面質量,切入和切出工件時,無論是粗加工還是精加工,都應使用圓弧切入和切出方法來切入或離開工件。應盡量避免垂直下刀,直接接近零件表面,因為這樣會降低切削速度,同時會在零件表面上留下很多刀痕。PowerMILL豐富的切入切出及連接方式極大限度的滿足了高速加工的要求,特別在精加工中一定采用切入切出工藝方案。 
         
        同時,PowerMILL是一款精加工策略非常豐富的CAM系統。對許多形狀來說,精加工最有效的策略是使用三維螺旋策略。使用這種策略可避免使用平行策略和偏置精加工策略中會出現的頻繁的方向改變,從而提高加工速度,減少刀具磨損。這個策略可以在很少抬刀的情況下生成連續光滑的刀具路徑。傳統的等高加工方式是眾多CAM軟件普遍采用的一種加工方式,PowerMILL在此經典加工方式上做的創新讓人耳目一新: 
         
        螺旋等高加工:就是在加工區域僅一次進刀,在不抬刀的情況下生成連續光滑的刀具路徑,進、退刀方式采用圓弧切入切出,螺旋等高方式的特點是,沒有等高層之間的刀路移動,避免頻繁抬刀、進刀對零件表面質量的影響及機械設備不必要的耗損。 
         
        等粗糙度等高加工:可謂獨具特色的一種加工方式,一改其它CAM軟件的單一等Z軸方式,智能識別、智能轉換將大幅提高曲面加工質量,刀路的優化將大幅減少加工時間。 
         
        最佳等高加工:最佳等高加工方式同樣是非常適合高速加工的一種加工方法,PowerMILL系統會自動利用區域分析算法對陡峭和平坦區域分別處理,計算適合等高及適合使用類似3D偏置的區域,并且同時可以使用螺旋方式,在很少抬刀的情況下生成優化的刀具路徑,獲得更好的表面質量。 
         
        傳統的等高方式仍然不失為一種非常好的加工方式,在高速加工中運用,一定要采取圓弧切入切出連接方式以及尖角圓弧過渡,禁止使用直接下刀的連接方式來生成高速加工的程序。 
         
        PowerMILL的清根功能是筆者接觸的CAM軟件中方式最多、安全性最好、考慮最周到的CAM軟件之一。 
         
        自動清根:基于模型余量特征的多道往復自動清根,PowerMILL系統會自動利用區域分析算法對陡峭和平坦區域分別處理,并根據加工工藝自動采用在陡峭拐角采用等高的方式來生成刀具路徑,平坦區域產生沿著的刀具路徑,并且沿根方向全自動從外向內往復加工,確保余量均勻,保證刀具路徑的自然光滑、平穩、載荷均勻。 
         
        殘余量清根加工:系統自動比較上次加工與原模型自動找出殘余量邊界,除單筆清根外,其余清根方式都可利用殘余量清根選項,由外向內的3D offest方式完成清根及殘余區域加工,盡可能地減少人工修復。 
         
        如果用戶擁有5軸高速加工中心,3+2軸加工(五面體加工)及五軸聯動加工功能,那么你就可以在使用球型刀具時,采用前傾側傾,來避免線速度非常低的刀尖參加切削。 
         
        對于大型平坦表面(如汽車覆蓋件模具)的高速加工,為了保證切削線速度,在工藝上需要刀具固定擺角加工,以保證好的表面質量。 
         
        干涉檢查及后編輯 
         
        在編程過程中,你可以用你要用于加工的實際刀具長度、刀夾尺寸進行干涉檢查,系統可以根據你的設置快速檢查刀具、刀柄、夾具是否干涉,實際加工過程中刀具、刀柄、夾具的干涉碰撞是操作者最為擔心的問題,PowerMILL提供精確的刀具、刀柄、夾具的干涉檢查,自動截掉發生碰撞的刀具路徑與指令,并可以給出不發生碰撞的最短夾刀長度,指導操作者最優化備刀準備,具有非常實用的意義。 
         
        在高速加工狀態下,完全避免過切和刀具夾持碰撞檢查更加重要,因為任何這樣的損壞都將更加嚴重。高的運轉速度使操作者在加工中發現任何問題都無法停機,因而加工前一定要用ViewMILL檢查刀具加工路徑及仿真檢查進行結果校驗。 
         
        高速加工狀態下,刀具碰撞和過切問題顯得更加嚴重。PowerMILL的刀具夾持碰撞檢查和過切避免功能消除了NC程序員對此的憂慮。 
         
        切削速度的優化 
         
        高速控制器具有NURBS選項,使用PS-Optifeed優化F值,系統可以根據生成刀具路徑在切削時的切削量的變化,自動進行速度優化處理,也就是說在切削量小的地方加快切削速度,而在加工余量大的地方增加切削速度,從而縮短加工時間,提高了工作效率,減少刀具的損壞,延長刀具的壽命,保證了機床和刀具需要的切削載荷的更小變化,提高精加工的表面質量。 
         
        高速控制器具有NURBS選項 
         
        最新的高速控制器具有NURBS選項,從而允許用一系列曲線運動而不是大量短的直線運動來進行精加工。這樣過程控制不再是速度瓶頸,因而加工速度就更加提高。由于每一段NURBS運動更長,機床控制器能向前看得更遠,這樣使得路徑設計和進給速率設置更加智能化。 
         
        同時,使用曲線路徑比使用一系列直線路徑有更少的速度調整如減速,產生更適合高速加工的NURBS曲線控制代碼。 
         
        結束語 
         
        根據筆者對高速加工的理解,以及在實際工作中的一些經驗,個人認為高速加工程序的安全性是首要的。正如筆者在前面已經多次談到,選擇智能化的CAM系統也是必須的,因為傳統的CAM系統一般都是面向局部的加工方式,靠操作者指定過切控制面或形體,采用人工或半自動的方式防過切處理,而不是全自動的過切防護,操作者的精神壓力極大,受到情緒、責任心等方面人為因素的影響,無法從根本上杜絕錯誤的發生,具有發生嚴重事故的隱患,因此傳統的CAM系統不合適于高速加工技術的應用。 
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