高速铣削对CADCAM系统的要求.doc

高速铣削技术对CAD/CAM系统的要求对于高速铣削，生成加工路径肯定不只是输入主轴转速和进给速度，然后执行系统预先设定的加工循环。编程人员必须考虑整个工艺顺序，必须懂得CAD/CAM系统的所有特性，了解机床系统，熟悉材料性能和各个加工方法的特性。对于HSC加工，进给速度和主轴回转速度远高于传统的加工方式。编程中小小的偏差可能导致形状的错误、不好的表面质量，刀具的崩刃甚至断刀。下面分别说明高速切削对CAD建模和CAM编程的各个阶段的要求。 HSC对CAD系统的要求 1.模型精度的要求： HSC过程始于设计阶段，结束于最后一个铣削工序。如果零件建模时设定了大的几何公差，或曲面没有恰当地裁剪，数据转换的丢失等，反应在加工工件上将造成表面的分段，断裂和轮廓错误。2.系统数据的一体化要求：完好的曲面数据对于良好的表面质量是十分必需的。当用传统的数据接口（IGES或VDAFS）转换外部系统数据时，人们经常会碰到数据无法读入或曲面数据的丢失。这经常导致长时间的数据修补工作。采用新的标准（STEP，或单一内核系统，如PARASOLID）或两个系统间的直接接口是目前正确的方向。HSC对CAM系统的要求如果编程人员已经有了完好的数据，他会需要很多的”窍门”以将CAD/CAM系统适于HSC的工艺。对于一个知识导向的、具有很多理论知识的CAD/CAM系统，必须能够综合考虑下图所涉及的内容。下面描述如何将工件加工至要求的形状的手段和策略。通常，该过程可以分为三个部分，即粗加工，半精加工和精加工。对于所有这三个部分，特别是对于HSC加工，切削条件应尽可能的稳定。 粗加工过程的HSC条件：粗加工是一个将几何形状相当简单的工件（毛坯）加工成尽可能逼近最终工件形状（复杂的3D几何形状）的过程。大部分的材料是在这个过程中被切除的。在这个过程中表面质量和轮廓精度不是特别重要。而刀具磨损是最重要的，因为，即使是在最好的条件下也很难得到稳定的切削条件，同时也要考虑加工的效率。和谐的切削运动对刀具寿命很重要，而且必须尽量避免加工方向的突然改变。和谐的切削运动指的是保持均匀的切削量，比较恒定的切削方向和切削线速度，好的动平衡，同时尽量保持顺铣。应当避免突然的方向改变，因为这会降低速度或使加工完全停止。进给的停止会导致刀具和工件之间的剧烈的摩擦，它会迅速减少刀具寿命，甚至在极端情况下会由于过热而完全损坏刀具。 根据以上事项，HSC的粗加工对CAM的编程要求 ：1：保持稳定切深和比较小的波动范围的切宽。2：在刀轨的拐角处增加圆角过渡。3：刀具在工件内部进刀时，应该始终以螺旋线或最大角度5的斜线进刀半精加工过程的HSC条件： 半精加工是对最终形状的准备，而保留一定的精加工余量或称模型偏置。该操作的主要任务是光顺剩余的尖角并去除剩余的材料。因此，它的使命是加工多余的材料。一个优秀的CAD/CAM系统能自动识别粗加工剩余材料的功能，并以此为二次毛坯进行半精加工。能够帮助减少加工时间并节约刀具成本。半精加工要光顺有台阶的粗加工表面。半精加工的目的是在所有加工表面产生均匀的偏置量，尽可能的保证精加工的稳定的切削量，这对于成功的精加工是必须的。在实际工作中，编程人员对这个过程的重要性常常估计不足，因为更多的编程时间是花在粗加工和精加工上。不充分的半精加工会对精加工时的表面质量，轮廓精度和刀具寿命产生负面影响。 根据以上事项，HSC的半精加工对CAM的编程要求 1： 应该直接在轮廓上进刀至下一个平面。如果不可能的话，必须以螺旋线或者斜线进刀至下一个平面。 2： 自动识别粗加工剩余材料，能够帮助减少加工时间并节约刀具成本。 3： 加工表面产生均匀的加工余量，此点最重要。 精加工过程的HSC条件：精加工是工件加工过程的最后一步。它的目的是达到要求的最佳表面质量和外形精度。最常见的情况是，刀轨是依照轮廓外形的，这样可以尽量保持方向突变和光滑的刀具运动。假设半精加工是良好的，就可以应用最优的切削速度和高的进给率，因为可以排除由于载荷变化原因导致的刀具破损、折断。太高的切削速度，太小的每刃进给或不稳定的余量会使切削刃涂层燃烧并使材料由于过热而破坏（特别是在硬化材料的加工中）。根据以上事项，HSC的精加工对CAM的编程要求 ： 1、尽量避免拐角的铣削运动 。2、尽量避免工件外的进刀与退刀运动。直接从轮廓上进入下一个深度。如果不可能的话，采用螺旋线按轮廓运动或斜向运动。3、每刃进给（fz）应当对应于径向进给（ae），对应于不同的材料。4、真实的残余波峰铣削，以与外形接触点上的刀具球心的Ra值计算刀具偏置（步距）。5、 恒定的每刃进给可以得到最佳的表面质量，最长的刀具寿命。 6、真实的残余波峰加工根据表面的法向矢量而不是刀具矢量计算步距值。这将保持切削的恒定而不管曲面的曲率，并得到稳定得多的切屑载荷，特别当曲面曲率变化较多地在接近竖直与水平之间变换时。7、精确的模型数据。CAM后置处理过程的HSC条件: HSC对CAM软件的后置处理模块要求最优运算方法，精确刀轨、易于操作的修改界面，按照不同机床的精度设置来调整后置处理程序、支持样条线插补、高速、精确的模拟加工。如是五轴机床的话最好支持空间三维补偿的计算。 HSC的刀轨比较常规的加工方法，切深、切宽都小很多，程序量一般都比较大，需要比较长的运算时间，故后置处理采用优化的计算方法会节省大量的运算时间。 由于HSC较常规切削要求更高的加工精度、光洁度，不同的机床有不同的最小插补精度，不同插补精度会产生不同的效果，如后置处理模块设置的过小或过大会产生截然不同的效果，甚至过切。所以后置处理能产生非常精确的刀轨。CAD/CAM系统要有易于操作的修改界面，按照不同机床的精度设置来调整后置处理程序。 由于HSC切削要求达到更好的精度，曲面刀轨程序的精度容差很小，程序段之间非常密，在高速的进给率下，常规的机床前瞻功能和加速度就显的非常的不够用，在切削过程中会产生刀具运动的间歇停顿，这样会大大影响加工的光洁度，并明显降低刀具的使用寿命。故能产生样条线插补的CAD/CAM系统能弥补一定的机床缺陷。 高速、精确的模拟加工，对HSC也是需要的，并能提供过切警告、过切区域的生成、分析。 如是五轴联动机床，开发空间三维补偿计算对于较深的型腔、凸台的清根会大大缩短刀具的长度，提高加工的光洁度、效率及延长刀具寿命。 以上只是针对HSC对CAD/CAM的条件与要求。当然，成功的HSC，不光有好的CAD/CAM，还必须按照目标，综合考虑上图的各项内容，从而决定最佳的HSC工艺路线，得到最佳的效果。