⌒愦妗１ 引言

　　隨著塑料工業(yè)的快速發(fā)展啰价，塑料模具行業(yè)取得長(zhǎng)足進(jìn)步汪仰，當(dāng)前塑料模具正朝著大型化、復(fù)雜化处榔、精密化和多腔化發(fā)展希俩。這就對(duì)模具的設(shè)計(jì)者和加工者提出了更高的要求。PowerMILL 是英國(guó)DELCAM PLC公司開發(fā)的專業(yè)化高速銑削加工軟件纲辽，適用于具有復(fù)雜形體的產(chǎn)品颜武、零件及模具的設(shè)計(jì)制造,廣泛地應(yīng)用于航空航天、汽車文兑、船舶盒刚、內(nèi)燃機(jī)、家用電器绿贞、輕工產(chǎn)品等行業(yè),特別對(duì)塑料模因块、壓鑄模、橡膠模籍铁、鍛模涡上、大型覆蓋件沖壓模、玻璃模具等設(shè)計(jì)與制造具有明顯的優(yōu)勢(shì). 其智能化過(guò)切保護(hù)拒名、刀具過(guò)載保護(hù)吩愧、豐富的高速加工細(xì)節(jié)處理、刀桿與刀柄碰撞檢查增显、優(yōu)化的計(jì)算方法等優(yōu)點(diǎn)慎瓮，成就了其作為基于知識(shí)的數(shù)控編程軟件行業(yè)中的領(lǐng)先地位；其專業(yè)化及獨(dú)有的高速加工策略成為高速銑削數(shù)控編程的首選伊丘。為了縮短模具設(shè)計(jì)制造周期,提高加工精度,采用了基于PowerMILL的模具高速加工技術(shù).結(jié)果表明,通過(guò)優(yōu)化刀具路徑,能適應(yīng)模具高速加工要求,具有較好的應(yīng)用價(jià)值捧法。

　　數(shù)控高速銑削加工技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于模具制造行業(yè)之中。高速切削的基本出發(fā)點(diǎn)是利用高速低負(fù)荷狀態(tài)更快地切除材料异瞭。高速切削的最大特點(diǎn)是主軸轉(zhuǎn)速及進(jìn)給速度都很高裹五，高速切削可使大部分的切削熱通過(guò)切屑帶走，以減少零件的熱變形睛宝；低負(fù)荷切削意味著可通過(guò)減小切削深度而減輕切削力捅县，從而減少切削過(guò)程中的振動(dòng)和變形。

　　同傳統(tǒng)銑削相比酬楚，高速銑削工藝有其特殊性猪晰，除了要有高速切削機(jī)床和高速切削刀具之外粒颂，具有與之相匹配的加工編程軟件也是至關(guān)重要的；在選擇了刀具和加工參數(shù)后质法，加工方法的選擇和相應(yīng)的刀軌規(guī)劃就成了關(guān)鍵风捌。

　　對(duì)高速銑削刀軌的主要要求是：①刀具不能與零件產(chǎn)生碰撞浸船；②避免材料切除率的突然變化妄迁；③切削方式（ 順銑或逆銑） 應(yīng)保持恒定；④應(yīng)避免切削方向的突然變化李命；⑤盡量減少刀具的空程移動(dòng)登淘。

　　２ PowerMILL 高速加工策略

　　（１）粗加工策略。

　　粗加工的主要目標(biāo)是追求單位時(shí)間內(nèi)的材料去除率封字，并為半精加工準(zhǔn)備工件的幾何輪廓黔州。PowerMILL的粗加工采用區(qū)域清除方式，其下切或行間過(guò)渡部分應(yīng)該采用斜式下刀或圓弧下刀阔籽，并且盡量采取順銑的加工方式流妻，刀具路徑的尖角處要采用圓角的光順處理，這樣才可能地保持刀具負(fù)荷的穩(wěn)定笆制，減少任何切削方向的突然變化绅这，從而符合高速加工的需求。同時(shí)在 PowerMILL 的粗加工中應(yīng)采用以下加工策略：①盡量使用偏置加工策略而不是使用傳統(tǒng)的平行加工策略在辆。在可能的情況下证薇，都應(yīng)從工件的中心開始向外加工，以盡量減少全刀寬切削匆篓；②賽車線加工（Race Line Machining）是Delcam推出的專利高速加工方式猬肖，它模擬了賽車的原理，最大化地消除了刀具路徑中的尖銳拐角猾妖，刀具保持了恒定刀具負(fù)荷和排屑率函以，使得刀具負(fù)荷更加穩(wěn)定，改善加工質(zhì)量啼脑；③擺線粗加工是Delcam推出的另外一種高速加工方式轨畏。在刀具過(guò)載的區(qū)域，采用擺線加工晒茁，可顯著提高加工效率易仍，延長(zhǎng)刀具壽命，減少對(duì)機(jī)床的沖擊捷嘁。

　　（２）半精加工策略绵盔。

　　半精加工的主要目標(biāo)是使工件輪廓形狀平整，表面精加工余量均勻鳍彪。PowerMILL 是基于知識(shí)的專業(yè)加工軟件璃璧，它的殘留粗加工能自動(dòng)識(shí)別上一道工序的殘留區(qū)域和拐角區(qū)域荔鸵，自動(dòng)判別在上一道工序留有的臺(tái)階的層間進(jìn)行切削，系統(tǒng)智能地優(yōu)化刀具路徑踊跟，使用戶能夠獲得空走刀最少的優(yōu)化的刀具路徑踩验。

　　（３）精加工策略。

　　精加工的主要目標(biāo)是獲得幾何尺寸商玫、形狀精度及表面質(zhì)量的工件箕憾。PowerMILL 的精加工的連接處應(yīng)盡量采用圓弧或螺旋等方式切入切出工件，要盡量減少抬刀次數(shù)和減少刀具路徑頻繁方向的變化拳昌。同時(shí)在PowerMILL 的精加工應(yīng)盡量采用以下加工策略：①優(yōu)化平行加工袭异，在刀具路徑的尖角處采用圓角的光順處理，可顯著提高加工效率炬藤，延長(zhǎng)刀具的壽命御铃，減少對(duì)機(jī)床的沖擊；②螺旋3D偏置加工沈矿，避免了平行加工策略和偏置加工策略中出現(xiàn)的頻繁方向的突然改變上真，從而提高加工速度，減少刀具磨損羹膳；③最佳等高加工睡互，PowerMILL 系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)利用區(qū)域分析算法對(duì)陡峭和平坦區(qū)域分別處理，計(jì)算適合等高及適合使用類似3D偏置的區(qū)域簿馍，并且同時(shí)可以使用螺旋方式脯黎，在很少抬刀的情況下生成優(yōu)化的刀具路徑，獲得更好的表面質(zhì)量忆帐；④等粗糙度等高加工兵正，按照殘留量，自動(dòng)計(jì)算等高刀具路徑的下切步距梢纫，可顯著提高加工效率和曲面加工質(zhì)量窖硝。

　　（４）清根加工策略。

　　PowerMILL和其它的CAM軟件的刀路軌跡基本一致汤浊，但是PowerMILL在抬刀邓晃、入刀、以及跨越方面提供了較為豐富的選項(xiàng)砚皆，PowerMILL通過(guò)提前在“刀具切入切出和連接表格中”設(shè)置參數(shù)纤票，可將刀軌之間的連接分為短連接、長(zhǎng)連接旦良、以及安全高度三種方式猪攀，其中短連接中可以選擇“在曲面上、掠過(guò)侵俗、相對(duì)锨用、安全高度”等七種跨越方式丰刊，長(zhǎng)連接和安全高度也分別提供了“安全高度、相對(duì)增拥、掠過(guò)”三種跨越方式啄巧，而且PowerMILL自動(dòng)將所有的退刀和跨越都設(shè)置成快速移動(dòng)，這樣提高了加工效率掌栅，節(jié)省了加工時(shí)間秩仆，在入刀方面也可以設(shè)置最小安全平面，在刀具到達(dá)最小安全平面前渣玲，刀具都以快速移動(dòng)方式移動(dòng)逗概，特別值得注意的是，PowerMILL的抬刀忘衍、入刀以及跨越方面的設(shè)置不僅僅對(duì)清根有效，他對(duì)PowerMILL提供的一切加工功能都起作用卿城，大大方便了我們?cè)谔У睹兜觥⑷氲兑约翱缭椒矫娴氖褂谩owerMILL 的清根方法有筆式粟宣、縫合喳卫、沿著、自動(dòng)辑揍、殘余量清根等硫红，可達(dá)到十多種，安全性好讽歹，考慮周到综姜。

　　３ 編程實(shí)例

　　（１）載入模型。

　　PowerMILL 能夠自身或借助于PS-Exchange（圖形格式轉(zhuǎn)換）讀入多達(dá)14種以上的常見數(shù)控軟件的圖形文件几研，打開“文件—輸入”模型挽钧，載入圖1所示圖形。

圖1  工件模型

　◎径帷（２）參數(shù)設(shè)置熊朵。

　　ａ．毛坯大小的設(shè)定赛喊。

　　在 PowerMILL 中殖熟，毛坯擴(kuò)展值的設(shè)定很重要。如果該值設(shè)得過(guò)大將增大程序的計(jì)算量斑响，大大增加編程的時(shí)間菱属，如果設(shè)得過(guò)小，程序?qū)⒁悦鞯拇笮闃O限進(jìn)行計(jì)算恋捆，這樣很有可能有的型面加工不到位照皆，所以重绷，毛坯擴(kuò)展的設(shè)定一般要稍大于加工刀具的半徑，同時(shí)還要考慮它的加工余量膜毁。

　≌炎俊ｂ．坐標(biāo)系的設(shè)定。

　　建立加工坐標(biāo)系有以下原則：一般情況下應(yīng)與工作坐標(biāo)系一致瘟滨；坐標(biāo)原點(diǎn)要定在有利于測(cè)量和快速準(zhǔn)確對(duì)刀的位置候醒；根據(jù)機(jī)床坐標(biāo)系和零件在機(jī)床上的位置確定加工坐標(biāo)軸的方向。根據(jù)以上原則杂瘸，通過(guò)PowerMILL 用戶坐標(biāo)系功能將工作坐標(biāo)系與加工坐標(biāo)系重合倒淫，坐標(biāo)原點(diǎn)定在工件X-Y平面的分中處,Z方向可根據(jù)情況設(shè)置在工件的最高處或最低處。

　“苡瘛ｃ．進(jìn)給率的設(shè)定祭静。

　　進(jìn)給率的設(shè)定較為方便，可根據(jù)加工情況而定爵路。

　∫隽弧ｄ．快進(jìn)高度的設(shè)定。

　　快進(jìn)高度包括兩項(xiàng)：安全高度和開始高度你浸。安全高度的設(shè)置研镀，一般按 PowerMILL 按安全高度重設(shè)自動(dòng)生成。相對(duì)高度設(shè)置為掠過(guò)节暇。

　”禾础ｅ．開始點(diǎn)與結(jié)束點(diǎn)的設(shè)定。

　　選擇“按毛坯中心安全高度”設(shè)置開始點(diǎn)及結(jié)束點(diǎn)忿奈。

　”倜椤ｆ．切入切出和連接方式的設(shè)定。

　　高速加工時(shí)切入切出采用圓弧或螺旋等方式連接辱甫。

　”樗汀ｇ．刀具的設(shè)定。

　　刀具的設(shè)定可根據(jù)加工情況進(jìn)行店诗，在設(shè)定刀具時(shí)裹刮，最好將刀具名稱設(shè)為與刀具大小相同，這樣的命名方式有利于編程時(shí)對(duì)刀具的選用和檢查庞瘸。本例選取了4把刀(D10捧弃、D6R2、D4R2擦囊、D4)违霞，圖2所示為進(jìn)行了相關(guān)設(shè)置的模型圖。

圖2  根據(jù)工件的大小設(shè)置合適的毛坯尺寸

　∷渤　（３）加工策略买鸽。

　　根據(jù)加工要求涧郊，本例采用粗加工→半精加工→精加工→清角加工的加工順序。

　⊙畚濉ａ．粗加工策略妆艘。

　　粗加工選用偏置區(qū)域清除加工方式，將毛坯的大部分余量去除掉看幼，然后再進(jìn)行半精加工批旺。

　　圖３所示為采用φ10mm 的平刀，偏置區(qū)域清除之賽車線加工得到的刀軌缠染。

圖3 毛坯粗加工

圖4 粗加工刀具軌跡圖

　≈砺辍ｂ．半精加工策略。

　　半精加工采用偏置區(qū)域清除之殘留加工方式骡梨，選用φ6R3mm的圓刀衩斋，將粗加工余量均勻化，以便進(jìn)行精加工操作寻癌。

　∞闭ァｃ．精加工。

　　在精加工中绪封，除非模具型面高度變化比較大，否則最好選擇平行加工椰骇。因?yàn)槠叫屑庸げ坏?jì)算速度快历扭，而且刀具路徑光順，加工出的模具型面質(zhì)量好膨吼。但平行方式會(huì)在局部型面產(chǎn)生步距不均的現(xiàn)象棺氢。對(duì)模具型面高度變化比較大的，加工策略選用最佳等高现恼、三維偏置等策略肃续。圖5示為采用φ4R2mm的球刀，最佳等高加工方式得到的刀軌叉袍。

圖5 二次開粗加工軌跡圖

　∈济ｄ．清角加工。

　　清角加工也稱為局部精加工喳逛。清角加工采用多次加工或系列刀具從大到小的加工策略瞧捌。圖5所示為采用φ4mm的平刀，自動(dòng)清角加工方式得到的刀軌润文。 通過(guò) PowerMILL 的仿真功能姐呐，得到的加工效果如圖6所示。

　　e.檢查工件,編輯程序典蝌。

　　如:這是二次開粗用的一段程序：
 %
:0002
N10G91G28X0Y0Z0

N20G40G17G80G49

N30G0G90Z15.
N40T3M6
N50G54G90
……
N440X45.839Y44.761S1500M3
N450G43Z10.H3M8
N460G1Z-.099F500
N470X45.937Y44.779F1000
N480X47.132Y44.767
N490X48.327Y44.729
N500X48.363Y44.743
N510X48.379Y44.779
N520Y45.442
N530X49.299Y46.325
N540X50.Y46.81
N550X50.751Y46.325
N560X51.543Y45.442
N570Y44.558
N580X50.751Y43.675
N590X50.Y43.296
……
N3350X11.874Y23.23
N3360G0Z15.
N3370M9
N3380G91G28Z0
N3390G49H0
N3400G28X0Y0
N3410M30

　　４ 結(jié)束語(yǔ)

　　PowerMILL是Delcam開發(fā)的一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的高速CAM系統(tǒng)曙砂。它可由輸入的模型快速產(chǎn)生無(wú)過(guò)切的刀具路徑头谜。通過(guò)以上實(shí)例，較為詳細(xì)地說(shuō)明了PowerMILL在高速銑削加工中的應(yīng)用鸠澈。

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