CAM对高速加工的影响

2006-04-19 08:52:05

CAM对高速加工的影响尽管对高速加工的研究已有多年，但现在对高速加工还缺少一个明确简洁的定义和解释。高速加工的基本出发点是高速低负荷状态下的切削可较低速高负荷状态下切削更快地切除材料。低负荷切削意味着可减轻切削力，从而减少切削过程中的振动和变形。使用合适的刀具，在高速状态下可切削高硬质的材料。同时，高速切削可使大部分的切削热通过切屑带走，从而减少零件的热变形。
上述这些优点仅在合适的加工策略的情况下才能实现。如果使用了不适当的加工策略，轻则会导致刀具寿命的降低，重则可能导致更加可怕的结果。有一点必须记住，这就是高速加工并不是简单地使用现有刀具路径，通过提高主轴转速和进给率实现。

高速加工刀具路径

高速铣削刀具路径有多种限制，当将这些限制逐一列出后，则之所以需要这些限制的原因就一目了然。
1. 刀具不能和零件产生碰撞
2. 切削负荷必须在刀具的极限负荷之内
3. 残留材料不能大于指定极限
4. 应避免材料切除率的突然变化
5. 切削速度和加速度必须在机床能力范围内
6. 切削方向（顺铣/逆铣）应保持恒定
7. 应避免切削方向的突然变化
8. 尽量减少空程移动
9. 切削时间应减少到最短
然而，在实际零件的刀具路径编制过程中，很难全部满足上述要求。事实上，在加工复杂形状的零件时，也根本无法全部满足上述要求。在这种情况下，应尽可能地满足这些要求，同时，在必要的情况下可忽视一个或多个限制。在上述限制中，有些限制相对其它限制来说显然更加重要，应首先满足这些限制。上述的这些限制是大致按其重要性而顺序列出。
精加工为高速加工提出了一个特殊的问题，即刀痕问题。由于零件形状的限制，对切削条件的妥协常常会在加工后的零件表面上留下可见刀痕。当然，可通过抛光的方法来消除这些刀痕，但这样就违背了我们使用高速加工的初衷。可很容易地对粗加工和半精加工进行优化处理，因为在进行过这些操作后，CAM操作者有多种选择来修改零件的形状，刀痕可通过随后的精加工来消除。

编程能力
好的高速加工程序在机床上执行得非常快，但它的产生却需花费很长的时间和大量的精力。在如模具制造这样的单件加工领域，因等待加工程序而导致机床停机的现象非常普遍。如果简单地将这种压力强加给CAM操作者，让他们更快地产生刀具路径，常常会迫使他们走捷径。其结果是所编制的程序并不经济、有效。尽管机床在继续运转，但加工速度却大打折扣。
显然，使用这种策略进行高速加工是不明智的。要得到最好的高速加工结果，必须提供足够强大的CAM能力，以能得到高质量的加工程序，保证机床能全负荷地进行工作。为此需：
&S226; 使用具备自动高速加工功能的CAM软件。这样可减少操作者优化程序的工作量。
&S226; 使用能快速计算出无过切刀具路径的CAM软件。批处理功能可将复杂程序的计算留在夜间进行。
&S226; 使用高性能的计算机并经常更新配置。确保计算机具有足够内存，以提高其运行效能。
&S226; 确保每台机床都配备有足够多的CAM编程人员。培训机床操作者，使他们能直接在车间进行加工编程，这样可最大限度地发挥他们的加工技能。
&S226; 确保对操作者进行了适当的高速加工编程培训。

安排加工顺序

除最简单的零件外，高速加工总是牵扯到多个加工步骤。在高速加工编程中，最重要的是选取正确的加工顺序。Delcam所遇到的用户问题，有很大一部分都是策略的使用顺序问题，而不是策略本身的使用问题。尽管CAM软件如PowerMILL的自动化水平日益提高和增强，但它最终代替不了用户自己对加工零件和加工策略的理解和经验。
在这里我们无法详细讨论如何安排加工顺序，在此，仅给出几条安排加工顺序的基本原则：
&S226; 永远同时考虑欲切除的材料，而不是仅仅考虑要加工成形的几何形状。
&S226; 尽可能地将加工步骤减少到最少。
&S226; 尽可能地使用连续策略，例如，偏置路径通常比平行路径好。
&S226; 在可能情况下应尽量避免垂直下刀，尽量从材料外部切入材料。
&S226; 在零件的一些临界区域应尽量保证不同步骤的精加工路径不重叠。这些区域如果出现路径重叠，势必会出现刀痕。
&S226; 尽量不换刀，使用单个刀具精加工临界区域。刀具设置错误常常导致精加工后加工表面出现刀痕。
&S226; 尽可能使用短刀具。长刀具更容易磨损。如有可能，应考虑重新定位零件方向，使用短刀具来加工不容易加工的区域。

结论：
高速加工对加工工程中的每个环节的要求都很苛刻。使用正确的物理设备是进行高速加工的基本要求，可精确指定这些物理设备的参数。很难具体指定高速加工中需要什么样的CAD和CAM功能，而CAD和CAM对高速加工的质量和稳定性具有显著影响。
供高速加工使用的CAD模型必须能精确地表达要加工出的模型形状，这意味着两点，其一，模型精度必须大于加工公差；其二，在可能的情况下，应将不需要进行铣削加工的模型特征从模型中删除或遮盖。
昂贵的高速加工设备必须配备以足够的CAM编程人员，以保证机床使用的是最好的程序。让机床加工人员在车间编制加工程序是提高编程质量的一个途径。
确保CAM操作者和机床操作人员进行过良好的高速加工技术培训。
仔细安排加工顺序至关重要。适当使用CAM系统所提供的加工策略是获得良好高速加工结果的最有效途径。