1 引言

　　隨著塑料工業(yè)的快速發(fā)展，塑料模具行業(yè)取得長(zhǎng)足進(jìn)步，當(dāng)前塑料模具正朝著大型化、復(fù)雜化、精密化和多腔化發(fā)展。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(kāi)發(fā)的專(zhuān)業(yè)化高速銑削加工軟件，適用于具有復(fù)雜形體的產(chǎn)品、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(chē)、船舶、內(nèi)燃機(jī)、家用電器、輕工產(chǎn)品等行業(yè)，特別對(duì)塑料模、壓鑄模、橡膠模、鍛模、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)、刀具過(guò)載保護(hù)、豐富的高速加工細(xì)節(jié)處理、刀桿與刀柄碰撞檢查、優(yōu)化的計(jì)算方法等優(yōu)點(diǎn)，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(zhuān)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。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。

　　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。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，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；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，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，高速銑削工藝有其特殊性，除了要有高速切削機(jī)床和高速切削刀具之外，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，加工方法的選擇和相應(yīng)的刀軌規(guī)劃就成了關(guān)鍵。

　　對(duì)高速銑削刀軌的主要要求是：

　?、俚毒卟荒芘c零件產(chǎn)生碰撞；

　?、诒苊獠牧锨谐实耐蝗蛔兓?；

　?、矍邢鞣绞?順銑或逆銑) 應(yīng)保持恒定；

　?、軕?yīng)避免切削方向的突然變化；

　　⑤盡量減少刀具的空程移動(dòng)。

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，并為半精加工準(zhǔn)備工件的幾何輪廓。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，并且盡量采取順銑的加工方式，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，減少任何切削方向的突然變化，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：

　?、俦M量使用偏置加工策略而不是使用傳統(tǒng)的平行加工策略。在可能的情況下，都應(yīng)從工件的中心開(kāi)始向外加工，以盡量減少全刀寬切削；

　?、谫愜?chē)線(xiàn)加工(Race Line Machining)是Delcam推出的專(zhuān)利高速加工方式，它模擬了賽車(chē)的原理，最大化地消除了刀具路徑中的尖銳拐角，刀具保持了恒定刀具負(fù)荷和排屑率，使得刀具負(fù)荷更加穩(wěn)定，改善加工質(zhì)量；

　?、蹟[線(xiàn)粗加工是Delcam推出的另外一種高速加工方式。在刀具過(guò)載的區(qū)域，采用擺線(xiàn)加工，可顯著提高加工效率，延長(zhǎng)刀具壽命，減少對(duì)機(jī)床的沖擊。

　　(2)半精加工策略。

　　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。PowerMILL是基于知識(shí)的專(zhuān)業(yè)加工軟件，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，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，使用戶(hù)能夠獲得空走刀最少的優(yōu)化的刀具路徑。

　　(3)精加工策略。

　　精加工的主要目標(biāo)是獲得幾何尺寸、形狀精度及表面質(zhì)量的工件。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。同時(shí)在PowerMILL 的精加工應(yīng)盡量采用以下加工策略：

　?、賰?yōu)化平行加工，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，延長(zhǎng)刀具的壽命，減少對(duì)機(jī)床的沖擊；

　　②螺旋3D偏置加工，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，從而提高加工速度，減少刀具磨損；

　?、圩罴训雀呒庸?，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(lèi)似3D偏置的區(qū)域，并且同時(shí)可以使用螺旋方式，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；

　?、艿却植诙鹊雀呒庸?，按照殘留量，自動(dòng)計(jì)算等高刀具路徑的下切步距，可顯著提高加工效率和曲面加工質(zhì)量。

　　(4)清根加工策略。

　　PowerMILL和其它的CAM軟件的刀路軌跡基本一致，但是PowerMILL在抬刀、入刀、以及跨越方面提供了較為豐富的選項(xiàng)，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)，可將刀軌之間的連接分為短連接、長(zhǎng)連接、以及安全高度三種方式，其中短連接中可以選擇“在曲面上、掠過(guò)、相對(duì)、安全高度”等七種跨越方式，長(zhǎng)連接和安全高度也分別提供了“安全高度、相對(duì)、掠過(guò)”三種跨越方式，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，節(jié)省了加工時(shí)間，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，刀具都以快速移動(dòng)方式移動(dòng)，特別值得注意的是，PowerMILL的抬刀、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，大大方便了我們?cè)谔У丁⑷氲兑约翱缭椒矫娴氖褂?。PowerMILL的清根方法有筆式、縫合、沿著、自動(dòng)、殘余量清根等，可達(dá)到十多種，安全性好，考慮周到。

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(jiàn)數(shù)控軟件的圖形文件，打開(kāi)“文件—輸入”模型。

　　(2)參數(shù)設(shè)置。

　　a.毛坯大小的設(shè)定。

　　在PowerMILL中，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，大大增加編程的時(shí)間，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，這樣很有可能有的型面加工不到位，所以，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。

　　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；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；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，通過(guò)PowerMILL 用戶(hù)坐標(biāo)系功能將工作坐標(biāo)系與加工坐標(biāo)系重合，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。

　　c.進(jìn)給率的設(shè)定。

　　進(jìn)給率的設(shè)定較為方便，可根據(jù)加工情況而定。

　　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(kāi)始高度。安全高度的設(shè)置，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)。

　　c.開(kāi)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(kāi)始點(diǎn)及結(jié)束點(diǎn)。

　　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。

　　g.刀具的設(shè)定。

　　刀具的設(shè)定可根據(jù)加工情況進(jìn)行，在設(shè)定刀具時(shí)，最好將刀具名稱(chēng)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。本例選取了4把刀(D10、D6R2、D4R2、D4)。

(3)加工策略。

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

　　a.粗加工策略。

　　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，然后再進(jìn)行半精加工。

　　　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，選用φ6R3mm的圓刀，將粗加工余量均勻化，以便進(jìn)行精加工操作。

　　c.精加工。

　　在精加工中，除非模具型面高度變化比較大，否則最好選擇平行加工。因?yàn)槠叫屑庸げ坏?jì)算速度快，而且刀具路徑光順，加工出的模具型面質(zhì)量好。但平行方式會(huì)在局部型面產(chǎn)生步距不均的現(xiàn)象。對(duì)模具型面高度變化比較大的，加工策略選用最佳等高、三維偏置等策略。

　　清角加工也稱(chēng)為局部精加工。清角加工采用多次加工或系列刀具從大到小的加工策略。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。 通過(guò)PowerMILL的仿真功能，。

　　e.檢查工件，編輯程序。

4 結(jié)束語(yǔ)

　　PowerMILL是Delcam開(kāi)發(fā)的一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的高速CAM系統(tǒng)。它可由輸入的模型快速產(chǎn)生無(wú)過(guò)切的刀具路徑。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。