技术教程
Cimatron软件在高速铣削中的策略
2009/12/10

针对高速铣削我们将不得不更改加工编程的策略。这里从使用的CAM系统中提供一些技巧和寻找一些方法。

高速铣削的NC编程者必须改变整个加工策略以生成安全的、有效和精确的刀具路径及理想的曲面精度。因此在加工过程中认真的考虑每个加工因素是非常重要的,最好CAM系统有这样的分析功能。

由于在高速铣削中进给速度和主轴转速非常高,编程人员必须提前知道刀具怎样切除材料。除了使用较小的步进和切深,如果可能的应尽量避免急速更改切削方向,在急速转向时要减小加工速度,不然会损坏曲面精度,甚至由于重复运动导致过切或者导致外部圆角过切。特别在3D轮廓加工中,通常在一个操作中要求生成复杂的刀路轨迹,而不是在整个加工过程中使用平行的双向走刀、单向走刀或者是其它单一的走刀方式。

非常明智的选择是缓和的切入工件,同时要尽可能的减少切入切出工件的次数。在两层之间的加工最好用螺旋下刀的方式,尽量不使用直接下刀。只要有可能尽量保持切削条件的恒定性这点也是非常重要的,不同的刀具载荷能够引起刀具产生偏差,这会降低零件精度,曲面精度和刀具寿命。这包括在一个给定的进给速度下,刀具载荷的一致性及刀具和零件保持常接触,并且当加工遇到过多的加工余量时机床会降低进给速度。在许多情况下,高速加工对转角的前瞻性很敏感,因此在加工过程中不能突然遇到过多的加工余量,这通常由于前一把直径较大的刀具加工留下的。


这个精加工的步距用曲面的法失来计算,能够保证表面粗糙度和切削载荷的一至性。刀具一直与工件接触并且采用顺铣的方法加工

通常,刀路越简单,加工的效果越好,因为这样可确保在整个加工过程使用最大的进给速度加工,在急转时不必要降低进给速度。在双向加工中,连续的刀路轨迹用圆环运动连接,同样在加工矩形转角时,尽可能的减少减速和加速。

优秀的基本系统

直到现在,许多NC编程者仍然把他们关注的技术和有效的加工策略留给了设备,然后生成精确的刀路轨迹。随着技术的发展,一些CAM的开发者已经比较深入的了解了高速铣削的特点并且把高速铣削的技术要求融入到了CAM的系统。


以上的加工图片由cimatron软件提供。在刀具路径上尽可能的避免了急转。

现在由几个CAM开发厂商共同提出的一个重要的概念是剩余毛坯分析,也就是说CAM能够精确的知道每次加工完成后零件剩余的毛坯。这是获得恒定刀具载荷的关键,这对于实现高速铣削是非常重要的。

但这仅仅是一个开始,一些著名的基本系统把目标瞄准在更高的自动化水平。例如,按照Rag Khoshoo,UG的CAM开发部的经理,所说公司正集中精力研究范围更广更有效的高速铣削技术,这些技术主要基于与一些著名的公司应用开发论坛获得,这些公司包括汽车、航空、模具和机床厂商。这个软件主要的发展是集成了范围更广更有实际意义的高速铣削加工方法。例如,粗加工和半精加工的程序能够通过前瞻精加工所需毛坯生成。精加工能够自动生成连续的刀路轨迹,从而确保了加工的零件精度。

从更长远的发展,UG准备把更优秀的高速铣削加工方法融入到软件。自动分析剩余毛坯和目标曲面的功能主要为采用适当的加工方法。这样智能的系统最后扬名于刀具和毛坯几何的管理,同时考虑加工变量如刀具偏差,机床参数,等等。

Dan Marinac(Burlington、安大略、加拿大)cimatron的技术经理,尽管他更关注模具的加工,但认为对于高速铣削CAM的发展有着共同的见解,。"我们有三种方法处理高速铣削,"他说道,"首先按照不断更改的材料条件控制加工载荷;其次所有的尖角走圆角〔避免加工过程中的急转〕;最后对于开放和半开放零件尽可能的减少切入切出零件的次数。

控制刀具载荷的关键是系统有不断的分析刀具与材料接触的轮廓的能力。Cimatron的编程部经理Uri Shakked认为,"为了完全利用机床和刀具,必须确保进给速度和主轴转速与切除的材料和曲面的斜率相配。接触点在刀具和材料之间按照斜率和有效的刀具半径不同而不同。

为了更为广泛和更为自动的应用加工方法,Mr. Shakked主张系统必须能够处理cimatron认为的相同技术区域。这是指系统能够自动的区别凸凹的区域,相同的区域使用同一种指定的加工方法,并且允许用户按照需要自定义加工方法。一旦方法确定,所有有相同的类别的区域能够自动实现编程。

关键特征

基于系统的知识能够真正的实现所有高速机床的工艺安排和编程。但在现在,对于编程者没有其他方法理解高速加工工艺。当然这有助于我们了解哪类的CAM功能能够更有效的满足加工编程和和机床的需要。

笔式加工方法能自动的加工曲面相交处,为后续的精加工提供的恒定的毛坯。
剩余加工方法自动找到前一把大直径的刀未加工的材料。



精加工能够获得比较好的质量,适当的半精加工方法对整个加工过程是非常重要的。按照 Lynn Hock,Open Mind软件的副总裁所说,从Open Mind能够找到一些专门的重要的方法:

· 笔式加工方法能自动加工拐角或者是凹的区域,确保在曲面的交叉处毛坯留量均匀。
 
· 剩余加工方法和笔式加工方法很相近,它是自动找到前把大直径的没有加工的区域,并且用一把较小直径的刀具加工。不同之处是,剩余加工方法对整个零件进行考虑,二笔式加工方法只考虑拐角。
 
· Z向环切,这种方法使用环形的刀路轨迹连接下刀,避免急速下刀。
 
一旦半精加工完成,Hock认为在CAM提供多中方法生成更好的产品:

· 真正的等粗糙度加工方法,步距的计算是垂直于曲面法失而不垂直于刀具轴线。不管曲面的曲率怎么变化,每步之间是等距的,并且能够保证刀具载荷的恒定,特别是加工区域从垂直区域转到水平区域,或者相反。
 
· XY优化,在原始切削的90度范围之内自动的对剩余毛坯进行再次加工,从而保证了曲面的粗糙度。

为了安全和精度,能够自动进行干涉保护检查是非常重要的,因为在高速加工的前提下干涉将破坏工件和毁坏刀具。这需要有精确和连续的曲面数学模型,和比较优秀的生成刀路轨迹的算法确保曲面不被破坏。

刀具路径的仿真功能也是很重要的,在加工程序进入加工车间之前,允许编程者检查程序。另外,优化程序是很有用的,它能自动调整进给速度,因此能够保持恒定的最大安全速度,并且在指定的轮廓裁剪刀路轨迹。