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高速加工技术及其在模具制造中的应用信息(2)

2013-04-24 18:33

（４）刀具路径越简单越好，应尽量采用圆弧、曲线等插补功能，传统的加工模具时采用的密集点数据刀具路径，不太适合于高速加工，一方面数据量太大，加重数控系统的数据处理负担，造成进给速度要适应数控系统的处理速度而减低。另一方面，密集的直线段之间，是Ｃ０连续的，因而数控系统要不断地调整进给速度，造成进给速度升不上去，严重影响加工效率。

（５）在进行高速加工编程时，无论从加工精度还是加工安全性考虑，都应该进行充分的干涉检查和加工过程仿真。

（６）注意进行多种加工方案的对比分析，选取最佳的切削方案。

４ 高速加工对ＮＣＰ系统的要求

为了能适应高速加工数控编程的要求，针对高速加工的数控编程系统应该满足相应的特殊要求。

（１）ＮＣＰ系统应该具有高的计算编程速度，在高速加工中，一般可采用非常小的进给量和切削深度，因而计算量较传统的数控编程大得多。同时，由于高速加工对工艺的严格要求一般需要不同方案的对比分析，这更加大了编程工作量，所以要求编程系统应该具有高的编程计算速度。

（２）ＮＣＰ系统应该具有全程自动防过切能力和自动的干涉检查能力。高速加工以高出传统数控加工近１０倍的切削速度和进给速度，一旦发生过切或干涉，其后果将十分严重。传统的模具数控加工编程系统一般采用面向曲面的局部加工，比较容易发生过切现象，一般都是靠人工选择干预的方式来防止，很难保证过切防护的安全性。另外，高速加工在模具的加工制造中经常用于模具细节部分的加工，以取代传统的电极加工，这是，比较容易发生刀柄的干涉，这就要求ＮＣＰ编程系统能自动检查报告。

（３）适合高速加工的ＮＣＰ系统，应该能自动进行进给速率和切削速度的优化处理，从而保证在高速加工时的最大的切削效率、最佳的切削条件和切削加工的安全性。

（４）高速加工编程系统应有刀具轨迹的编辑优化功能，避免多余的空刀和通过对刀具轨迹的镜向、复制、移动、旋转等操作避免重复计算，提高编程效率。

（５）高速加工编程系统应该有ＮＵＲＢＳ曲线插补的编程功能，通过使用ＮＵＲＢＳ插补编程，减少程序长度。

（６）适合高速加工编程的系统应该有符合高速加工工艺要求的加工策略。如丰富的行间、层间连接方法，丰富的进刀和退刀方法，基于残留余量的刀具轨迹计算方法。

（７）适合高速加工变编程系统，最好能引入工艺系统的参数、材料的最佳切削条件、机床的允许加速度等参数，能够自动确定允许的加工方向变化的程度（即确定不同曲率半径的圆弧段允许的进给速度的变化程度），轨迹上最小的曲率半径与进给速度的关系，能够满足高速加工对切削线速度的自动的调整。

５ 具有高速加工编程能力的ＮＣＰ系统简介

目前有关适合高速加工编程的ＮＣＰ（ＣＡＭ）系统的研究引起了较为广泛的重视，在许多商用ＣＡＤ／ＣＡＭ系统，如英国Ｄｅｌｃｏｍ公司的ＰｏｗｅｒＭｉｌｌ、以色列的Ｃｉｍａｔｒｏｎ、美国的Ｕｎｉｇｒａｐｈｉｃｓ　ＰＴＣ公司的Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣＮＣ公司的ＭａｓｔｅｒＣＡＭ等在传统的ＮＣＰ模块中添加了适合于高速加工编程的工艺策略。概括起来主要有如下一些方法：

（１）采用光滑的进刀、退刀方式。

在传统切削轮廓的加工过程中，有法向进、退刀，切向进退刀和相邻轮廓的角分线进退刀等。而在高速切削加工轮廓的过程中，应尽量采取轮廓的切向进退刀方式以保证刀具轨迹的平滑。在对曲面进行加工时，传统的数控加工方法一般采用Ｚ向垂直进、退刀，曲面正向与反向的进、退刀等方式，而在采用高速

切削的方法进行曲面加工时，可采用斜向或螺旋式的进刀方式。同时，ＣＡＭ系统应该采用基于知识的加工方法，这样当螺旋式进刀切入材料时，系统会自动检查刀具信息，如果发现刀具具有盲区时，螺旋加工半径就不会无限制减小，从而避免撞刀。这就对加工过程的安全性提供了周全的保障。

（２）采用光滑的移刀方式。 您可以访问中国科教评价网（www.NsEac.com）查看更多相关的文章。
这里所说的移刀方式指的是行切中的行间移刀，环切中的环间移刀，等高加工的层间移刀等。应用于传统切削加工方式的ＣＡＭ软件中的移刀方式大多不适合高速加工的要求。如在行间移刀时，刀具大多是直接垂直于原来行切方向的法向移刀，导致刀具路径中存在尖角；在环切的情况下，环间移刀也是从原来切削轨迹的法向直接移刀，也会导致刀具轨迹出现不平滑的情况；在等高线加工的层间移刀时，也存在移刀尖角。这些导致加工中心频繁的预览减速影响了加工的效率，从而使高速加工不能真正达到高速加工的
目的。

在行间切削用量（行间距）较大的情况下，可以采用切圆弧连接的方法进行移刀。但是当行间距较小时，会由于半径过小而使圆弧近似地成为一点，进而导致行间的移刀变为直线移刀，从而也导致机床预览减速，影响加工的效率。在这种情况下，应该采用高尔夫球竿头式移刀方式。环切的移刀通常有两种方式，一种是圆弧切出与切入连接。这种方法的缺点是在加工３Ｄ复杂零件时，由于移刀轨迹直接在两个刀具路径之间生成圆弧，在间距较大的情况下，会产生过切，因此该方法一般多用于在加工中所有的刀具路径都在一个平面内的２．５轴加工；另一种是空间螺线式移刀。这种方法由于移刀在空间完成，所以避免了上面方法的缺点。在进行等高加工时，切削层之间应采用多种螺旋式的移刀方式。

（３）加工残余分析功能。

高速加工过程中，为了延长刀具的使用寿命和保证加工零件的表面质量，应尽可能保持稳定的切削参数，包括保持切削厚度、进给量和切削线速度的稳定性。当遇到某处切削深度有可能增加时，应该降低进给速度，因为负载的变化会引起刀具的偏斜，从而降低加工精度、表面质量和缩短刀具寿命。所以，在很多情况下有必要对工件轮廓的某些复杂部分进行预处理，以使高速运行的精加工小直径刀具不会因为前道工序使用的大直径刀具留下的“加工残余”而导致切削负载的突然加大。

因此，许多软件提供了适用于高

速加工的 “加工残余分析”的功能，这一功能使得ＣＡＭ系统能够准确地知道每次切削后加工残余所在的位置。这既是保持刀具负载不变的关键，更是关系到高速加工成败的关键。

（４）具有全程自动过切处理及自动刀柄干涉检查功能。

高速加工的切削速度比传统的加工方法高出大约１０倍多，一旦发生过切或干涉，其后果不堪设想。在高速加工中，一个提高加工效率的重要手段是采用残余量加工或清根加工，也就是采用多次加工或采用系列刀具从大到小分次加工，直至达到所需尺寸，而避免用小刀一次加工完成。这就要求系统能够自动提示最小刀具直径以及最短夹刀长度，并能自动进行刀具干涉检查。此外，在进行数控加工之前，为了能够让用户直观地判断加工过程是否发生过切或刀柄的干涉，ＣＡＭ系统应该提供加工过程的动态仿真验证，