基于CAD/CAM的高速加工編程策略研究

門超 柴增田

摘? ?要：針對(duì)傳統(tǒng)數(shù)控加工效率低的問(wèn)題，通過(guò)引進(jìn)基于MasterCAM的CAD/CAM高速加工技術(shù)，文章在對(duì)高速加工技術(shù)進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地提出了高速加工編程策略，該編程策略的應(yīng)用能顯著提高產(chǎn)品的加工效率，減少刀具磨損，延長(zhǎng)刀具使用壽命。

關(guān)鍵詞：CAD/CAM;高速加工;編程策略

隨著數(shù)控加工技術(shù)的不斷發(fā)展，高速加工（High Speed Machining，HSM）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，已廣泛應(yīng)用于航空、模具、汽車等制造領(lǐng)域，其特點(diǎn)是生產(chǎn)效率高、切削速度快、刀具路徑順滑、負(fù)載平穩(wěn)等。與傳統(tǒng)切削技術(shù)相比，高速切削速度提高了5～10倍，單位時(shí)間材料切除率提高了3～6倍，因而產(chǎn)品生產(chǎn)周期顯著降低，企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力大大增強(qiáng)。

高速加工技術(shù)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，是集機(jī)床、刀具、切削工藝、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造（Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing，CAD/CAM）技術(shù)于一體的綜合加工技術(shù)。作為CAD/CAM技術(shù)的重要載體，CAD/CAM軟件在高速加工中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。作為CAD/CAM軟件的佼佼者，MasterCAM除了具備高速加工功能外，還具有操作簡(jiǎn)便、價(jià)格適中、模擬仿真質(zhì)量高等特點(diǎn)。因此，深受制造類企業(yè)的廣泛歡迎。

1? ? 高速加工特點(diǎn)

與傳統(tǒng)加工相比，高速加工在加工工藝、刀具路徑控制、刀具切入切出優(yōu)化等方面具有獨(dú)特的要求，因此，應(yīng)有新的加工策略。

1.1? 保持刀具路徑的光滑、平穩(wěn)

高速加工的刀具路徑應(yīng)保持光滑、平穩(wěn)，避免出現(xiàn)刀具頻繁加、減速的情況，尤其是刀具在零件的拐角處，如處理不當(dāng)，會(huì)造成刀具出現(xiàn)停滯感，使表面形成微型刀痕，從而影響其表面質(zhì)量。因此，應(yīng)對(duì)刀具路徑進(jìn)行精確控制與優(yōu)化。

1.2? 保持基本恒定的刀具負(fù)載

高速加工的刀具負(fù)載應(yīng)力求均衡、穩(wěn)定，避免出現(xiàn)劇烈變化，造成對(duì)機(jī)床、刀具和零件的沖擊，影響刀具的使用壽命和零件的表面質(zhì)量，因此，應(yīng)對(duì)刀具的負(fù)載進(jìn)行設(shè)置和優(yōu)化。

1.3? 利用仿真功能，對(duì)刀具的加工過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)檢驗(yàn)

通過(guò)仿真工具，對(duì)刀具運(yùn)行軌跡進(jìn)行有效檢驗(yàn)，避免在加工中出現(xiàn)撞刀、過(guò)切、欠切等事故，因而應(yīng)提高編程質(zhì)量[1]。

2? ? 高速加工編程策略

高速加工編程基本策略對(duì)提高切削效率和零件表面質(zhì)量具有重要作用，具體如下。

2.1? 合理的圓角處理工藝

復(fù)雜零件上往往會(huì)有一些拐角或細(xì)小曲面，高速加工時(shí)，刀具的進(jìn)出速度快、切削效率高，因而對(duì)零件拐角或細(xì)小曲面造成一定慣性沖擊。圖1為汽車儀表板模具下模，其內(nèi)部有大量細(xì)小溝槽和拐角曲面[2]。為實(shí)現(xiàn)高速加工，應(yīng)選取曲面高速加工（殘料區(qū)域粗切）作為二次開(kāi)粗，所用刀具為D6R0.5，在“切削參數(shù)”選項(xiàng)的“刀具在拐角處走圓角”處設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，如圖2所示。從而避免刀具高速運(yùn)動(dòng)下對(duì)機(jī)床、刀具造成的沖擊與損害。圖3為未設(shè)置圓角過(guò)渡的刀具路徑示意，圖4為設(shè)置圓角過(guò)渡的刀具路徑示意。

2.2? 合理的進(jìn)退刀處理工藝

合理的刀具進(jìn)退刀處理對(duì)提高零件表面質(zhì)量、降低刀具接痕、避免刀具對(duì)零件接觸點(diǎn)造成沖擊具有重要作用，而當(dāng)該刀具直接從零件上方進(jìn)刀時(shí)，進(jìn)刀方式應(yīng)為螺旋進(jìn)刀方式或斜插進(jìn)刀方式。

2.3? 合理設(shè)置刀具路徑區(qū)段間的過(guò)渡方式

高速加工中的刀具路徑間應(yīng)力求圓滑過(guò)渡，以減少刀具轉(zhuǎn)向?qū)C(jī)床、刀具和零件造成沖擊，通常采用圓弧連接的方式實(shí)現(xiàn)路徑區(qū)段間的光滑過(guò)渡[3]。

2.4? 合理設(shè)置刀具負(fù)載參數(shù)

合理設(shè)置刀具負(fù)載參數(shù)，可有效避免刀具滿刃切削對(duì)刀具、零件和機(jī)床造成沖擊，提高刀具的使用壽命，減少機(jī)床的震動(dòng)。以曲面高速加工（區(qū)域粗切）的擺線加工為例，擺線加工時(shí)，刀具始終沿著連續(xù)的圓弧曲線運(yùn)動(dòng)，刀具在運(yùn)動(dòng)中沒(méi)有突然變向，機(jī)床在加工過(guò)程中始終保持連續(xù)進(jìn)給速度狀態(tài)，其材料切削率基本保持恒定，因此，特別適合高硬材料的高速加工，能顯著延長(zhǎng)刀具的使用壽命[4]。圖5為采用擺線加工前后的對(duì)比示意。

圖5? 采用擺線加工前后的對(duì)比示意

2.5? 合理設(shè)置圓弧過(guò)濾/公差

曲面加工質(zhì)量與圓弧過(guò)濾/公差密切相關(guān)，其參數(shù)設(shè)置的優(yōu)劣直接影響著零件的加工質(zhì)量和效率。粗加工時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮刀具路徑計(jì)算時(shí)間和實(shí)際加工時(shí)間，因此，公差應(yīng)設(shè)置大一些。而精加工時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮曲面的加工質(zhì)量，因此，刀具的參數(shù)應(yīng)設(shè)置小一些。

2.6? 利用實(shí)體仿真功能實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的全程監(jiān)控

利用MasterCAM的交互式模擬仿真功能對(duì)高速加工全程檢驗(yàn)，是一項(xiàng)零成本、無(wú)切削的加工檢驗(yàn)技術(shù)，能有效防止切削路徑、切削參數(shù)設(shè)置不當(dāng)而引發(fā)的過(guò)切、欠切、碰撞等事故。需要注意的是在仿真之前，應(yīng)首先對(duì)實(shí)體驗(yàn)證的停止條件與碰撞條件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)置，否則碰撞檢查將不會(huì)啟動(dòng)。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

基于MasterCAM的CAD/CAM高速加工策略，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用和不斷完善，其零件加工效率、表面精度明顯優(yōu)于傳統(tǒng)加工方法，且日臻完美。其加工策略特別適合結(jié)構(gòu)復(fù)雜、細(xì)小溝槽與曲面眾多的零件加工，因此，應(yīng)用前景十分廣闊。

[參考文獻(xiàn)]

[1]張少杰.基于PowerMill的高速加工編程技術(shù)研究[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2013（4）：179-181.

[2]關(guān)興舉.Pro/ENGINEER塑料模具設(shè)計(jì)[M].北京：人民郵電出版社，2006.

[3]溫石化.基于MasterCAM X6的高速切削優(yōu)化[J].模具制造，2014（5）：88-90.

[4]陸春偉.基于MastercanX9的2D高速刀路的研究[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2017（9）：56-57.

Research on programming strategy of high speed machining based on CAD/CAM

Men Chao， Chai Zengtian

（Chengde Petroleum College， Chengde 067000， China）

Abstract：Aiming at the problem of low efficiency of traditional NC machining， by introducing CAD/CAM high-speed machining technology based on MasterCAM， and on the basis of in-depth analysis of high-speed machining technology， a high-speed machining programming strategy is put forward. The application of this programming strategy can significantly improve the processing efficiency of products， reduce tool wear and prolong tool life.

Key words：computer aided design/computer aided manufacturing; high speed machining; programming strategy