一、前言

高速加工切削系統(tǒng)主要由高速切削的高速加工中心、高性能的刀具夾持系統(tǒng)、高速切削刀具、安全可靠的高速切削CAM軟件系統(tǒng)，因此說高速加工是一項(xiàng)龐大的工程。

高速加工設(shè)備的大量應(yīng)用，對編程系統(tǒng)的要求越來越高，價(jià)格昂貴的高速加工設(shè)備對軟件提出的更高的要求--安全性、有效性。高速加工走刀速度是常規(guī)加工的10倍或更高，任何編程過程的失誤如過切、干擾、碰撞等都會(huì)造成非常嚴(yán)重的事故，而且由于高速運(yùn)動(dòng)，無法靠人工急停來預(yù)防，高速加工設(shè)備是非常貴重的設(shè)備，任何意外事故都會(huì)給企業(yè)造成不可估量的損失，需要CAM系統(tǒng)必須具備全自動(dòng)的（而不能是半自動(dòng)或人工的）防過切，防碰撞功能，確保NC指令的絕對安全性，是對高速加工設(shè)備提出的一個(gè)基本要求。另外要保證刀具路徑的光滑平穩(wěn)，來確保零件加工質(zhì)量和機(jī)床主軸等部件的壽命，以及刀具在切削過程中載荷均勻性。

二、高速加工的加工方式

POWERMILL是基于知識(shí)、基于工藝特征的、有多種獨(dú)有加工方式、全程防過切、適用于高速加工的一款智能化CAM系統(tǒng)。本文從高速加工所要求的各項(xiàng)條件及POWERMILL適合高速加工的功能、安全防護(hù)措施來展開討論。高速加工一般可分為：以去除余量為目的的粗加工、殘留粗加工及以獲取高質(zhì)量的加工表面及細(xì)微結(jié)構(gòu)為目的的半精加工，精加工、鏡面加工等

1． 粗加工
高速加工的粗加工所應(yīng)采取的工藝方案是：高切削速度、高進(jìn)給率和小切削量的組合，POWERMILL的粗加工（區(qū)域清除）盡可能地保持刀具負(fù)荷的穩(wěn)定，減少任何切削方向的突然變化，從而減少切削速度的降低，并且盡量采取順銑的加工方式。

POWERMILL粗加工中的賽車線加工方式，是本人綜觀多種加工軟件中所獨(dú)有的一種極為適合高速加工原理的加工方式，其基本原理（如圖1）：把刀具路徑看成賽車在跑道內(nèi)高速行駛，賽車可以偏離跑道的中心，從而產(chǎn)生類似于賽車在跑道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)路徑，賽車可以在不失速率的情況下來轉(zhuǎn)彎。增加了刀路運(yùn)動(dòng)的光滑性、平衡性，避免刀路突然轉(zhuǎn)向，頻繁的切入切出所造成的沖擊。圖2是用POWERMILL的賽車線粗加工方式產(chǎn)生的單層刀具路徑。
 

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圖2[/ALIGN]殘留粗加工也是只有部分CAM所擁有的一個(gè)高級加工功能，POWERMILL能自動(dòng)識(shí)別上一刀的殘留量，對零件進(jìn)一步進(jìn)行殘留粗加工及對上次粗切的優(yōu)化功能。上刀粗切中，由于零件存在非平面區(qū)域，那么就會(huì)留有臺(tái)階，使殘留余量不盡均勻，系統(tǒng)可以判別然后在層間切削，盡可能使余量保持均勻，進(jìn)而生成優(yōu)化的粗加工刀具路徑，讓你得到的是沒有空走刀的刀具路徑，深色路徑為殘留粗加工刀具路徑。

圖3[/ALIGN]POWERMILL粗加工中另外一個(gè)特有加工功能，自動(dòng)擺線加工選項(xiàng)，擺線加工（圖4）是利用刀具沿一滾動(dòng)的圓的運(yùn)動(dòng)來逐次、逐層對零件表面進(jìn)行高速、高效、小切量的切削，以前對高速加工的要求是，必須保證使用比傳統(tǒng)加工方法小的行距和下切步距。*切削刀具技術(shù)和CAM技術(shù)的發(fā)展，使得下切步距大小不再受到限制，采用擺線加工方式可可在高速加工中采取大下切步距，擺線加工還能減少全刀寬切削，并且其產(chǎn)生的刀具路徑始終是光滑、平穩(wěn)的，POWERMILL的智能余量識(shí)別功能，能在大加工量、全刀寬、拐角等區(qū)域自動(dòng)判定，自動(dòng)采用擺線加工方式。從而使擺線加工方式在大余量的粗加工中得以應(yīng)用。圖5是用粗加工中擺線加工選項(xiàng)生成的刀具路徑。

圖4[/ALIGN]

圖5[/ALIGN]Powermill粗加工中的區(qū)域過濾選項(xiàng)也是僅部分CAM軟件所擁有的高級加工功能，亦即對于不具備中心切削能力的刀具，基于知識(shí)、基于工藝特征的POWERMILL系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)過濾掉刀具盲區(qū)干涉的區(qū)域的粗加工路徑，而避免事故的發(fā)生。另外Powermill粗加工的連接方式：螺旋下刀、之字形下刀、沿輪廓斜向下刀都非常適合高速加工的加工要求，編程時(shí)可以選用，盡可能避免直接下刀。另外粗加工中，必須使用偏置加工策略，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)從工件的中心開始向外加工，以盡量減少全刀寬切削。

2． 精加工

精加工的基本要求是要獲得很高的精度、光滑的零件表面質(zhì)量，輕松實(shí)現(xiàn)精細(xì)區(qū)域的加工，如：小的圓角（小于1mm），小的溝漕等，高速加工的出現(xiàn)是一場制造行業(yè)的革命，可以使諸如要使用耗時(shí)的放電加工工藝，完全在高速加工中心上完成，淬硬材料在高速加工中心上能夠獲得十分高的表面質(zhì)量（R0.4）等，使得傳統(tǒng)工藝工藝人員必須重新考慮工藝。如果要獲得高的表面質(zhì)量，切入和切出工件時(shí)，無論是粗加工還是精加工，都應(yīng)使用使用圓弧切入和切出方法來切入或離開工件。應(yīng)盡量避免垂直下刀，直接接近零件表面，因?yàn)檫@樣會(huì)降低切削速度，同時(shí)會(huì)在零件表面上留下很多刀痕POWERMILL的豐富切入切出及連接方式極大限度的滿足了高速加工的要求，特別在精加工中一定采用切入切出工藝方案。同時(shí)POWERMILL是一款精加工策略非常豐富的CAM系統(tǒng)（如圖6）

圖6[/ALIGN]
對許多形狀來說，精加工最有效的策略是使用三維螺旋策略（如圖7）。使用這種策略可避免使用平行策略和偏置精加工策略中會(huì)出現(xiàn)的頻繁的方向改變，從而提高加工速度，減少刀具磨損。這個(gè)策略可以在很少抬刀的情況下生成連續(xù)光滑的刀具路徑
 

圖7、8[/ALIGN]傳統(tǒng)的等高加工方式是眾多CAM軟件普遍采用的一種加工方式，POWERMILL在此經(jīng)典加工方式上做的創(chuàng)新讓人耳目一新：
（1） 螺旋等高，也就是在加工區(qū)域僅一次進(jìn)刀，在不抬刀的情況下生成連續(xù)光滑的刀具路徑（圖8），進(jìn)、退刀方式采用圓弧切入切出，螺旋等高方式的特點(diǎn)是，沒有等高層之間的刀路移動(dòng)，避免頻繁抬刀、進(jìn)刀對零件表面質(zhì)量的影響及機(jī)械設(shè)備不必要的耗損。
（2） 等粗糙度等高加工，可謂獨(dú)具特色的一種加工方式, 一改其它CAM軟件的單一等Z軸方式，智能識(shí)別、智能轉(zhuǎn)換、將大幅提高曲面加工質(zhì)量，刀路的優(yōu)化，將大幅減少加工時(shí)間。
（3） *等高：*等高方式同樣是非常適合高速加工的一種加工方法，POWERMILL系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)利用區(qū)域分析算法對陡峭和平坦區(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（圖9），獲得更好的表面質(zhì)量。
（4） 傳統(tǒng)的等高方式，仍然不失為一種非常好的加工方式，在高速加工中運(yùn)用，一定要采取，圓弧切入切出連接方式，以及尖角圓弧過渡。禁止使用直接下刀的連接方式來生成高速加工的程序（圖10）。
[PP]

圖10[/ALIGN]Powermill的清根功能是筆者接觸的CAM軟件中方式最多（圖11）、安全性*、考慮最周到的CAM 軟件之一

圖11[/ALIGN]（1） 自動(dòng)清根：基于模型余量特征的多道往復(fù)自動(dòng)清根，POWERMILL系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)利用區(qū)域分析算法對陡峭和平坦區(qū)域分別處理，并根據(jù)加工工藝自動(dòng)采用在陡峭拐角采用等高的方式來生成刀具路徑，平坦區(qū)域產(chǎn)生沿著的刀具路徑，并且沿根方向全自動(dòng)從外向內(nèi)往復(fù)加工，確保余量均勻，保證刀具路徑的自然光滑、平穩(wěn)、載荷均勻（圖12）

圖12[/ALIGN]（2）殘余量清根加工：系統(tǒng)自動(dòng)比較上次加工與原模型自動(dòng)找出殘余量邊界，除單筆清根外，其余清根方式都可利用殘余量清根選項(xiàng)，由外向內(nèi)的3D offest方式完成清根及殘余區(qū)域加工，盡可能地減少人工修復(fù)。
如果用戶擁有5軸高速加工中心，3+2軸加工（五面體加工）及五軸聯(lián)動(dòng)加工功能
那么你就可以在使用球型刀具時(shí)，采用前傾側(cè)傾，來避免線速度非常低的刀尖參加切削。
高速加工時(shí)對于大型平坦表面，如汽車覆蓋件模具為了保證切削線速度，在工藝上需要刀具固定擺角加工，以保證好的表面質(zhì)量。

三、干涉檢查及后編輯：

在編程過程中，你可以用你要用于加工的實(shí)際刀具長度，刀夾尺寸進(jìn)行干涉檢查，系統(tǒng)可以根據(jù)你的設(shè)置快速檢查刀具、刀柄、夾具是否干涉，實(shí)際加工過程中刀具、刀柄、夾具的干涉碰撞是操作者最為擔(dān)心的問題，PowerMILL提供精確的刀具、刀柄、夾具的干涉檢查，自動(dòng)截掉發(fā)生碰撞的刀具路徑與指令，并可以給出不發(fā)生碰撞的最短夾刀長度，指導(dǎo)操作者*化備刀準(zhǔn)備，具有非常實(shí)用的意義。用高速加工狀態(tài)下，完全避免過切和刀具夾持碰撞檢查更加重要，因?yàn)槿魏芜@樣的損壞都將更加嚴(yán)重。高的運(yùn)轉(zhuǎn)速度使操作者在加工中發(fā)現(xiàn)任何問題都無法停機(jī)，因而加工前一定要用ViewMILL 檢查刀具加工路徑及仿真檢查進(jìn)行結(jié)果校驗(yàn)
高速加工狀態(tài)下，刀具碰撞和過切問題顯得更加嚴(yán)重。PowerMILL 的刀具夾持碰撞檢查和過切避免功能消除了NC 程序員對此的憂慮。

四、切削速度的優(yōu)化高速控制器具有NURBS 選項(xiàng)

使用PS-Optifeed優(yōu)化F值，系統(tǒng)可以根據(jù)生成刀具路徑在切削時(shí)的切削量的變化，自動(dòng)進(jìn)行速度優(yōu)化處理，也就是說在切削量小的地方加快切削速度，而在加工余量大的地方增加切削速度，從而縮短加工時(shí)間，提高了工作效率，減少刀具的損壞，延長刀具的壽命，保證了機(jī)床和刀具需要的切削載荷的更小變化，提高精加工的表面質(zhì)量，圖13是優(yōu)化F值的過程，圖14是優(yōu)化F值后，切削時(shí)切削速度根據(jù)余量的變化曲線
 

圖13[/ALIGN]

圖14[/ALIGN]五、高速控制器具有NURBS 選項(xiàng)

*的高速控制器具有NURBS 選項(xiàng)，從而允許用一系列曲線運(yùn)動(dòng)而不是大量的短的直線運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行精加工。這樣過程控制不再是速度瓶頸，因而加工速度就更加提高。由于每一段NURBS 運(yùn)動(dòng)更長，機(jī)床控制器能向前看得更遠(yuǎn)，這樣，使得路徑設(shè)計(jì)和進(jìn)給速率設(shè)置更加智能化。同時(shí)，使用曲線路徑比使用一系列直線路徑有更少的速度調(diào)整如減少，減速。產(chǎn)生更適合高速加工的NURBS曲線控制代碼。

[/ALIGN]X-6.6569 Y-1.8563 S35000 M3
G43 Z-.22 H2 M8
G1 Z-.25 F1500
X-6.8563 Y-1.6569 F2000
G6.2K0 X-6.8563 Y-1.6569 Z-.25
K0 X-6.8569 Y-1.6561 Z-.25
K0 X-6.8574 Y-1.6552 Z-.25
K0 X-6.8579 Y-1.6544 Z-.25
K1
K1
K1
K1
K0 X-6.8579 Y-1.6544 Z-.25
K0 X-6.8594 Y-1.6505 Z-.25
K1 X-6.8435 Y-1.6343 Z-.25
K2 X-6.7477 Y-1.7301 Z-.25

六、結(jié)束語：

筆者對高速加工的理解，以及在實(shí)際工作中的一些經(jīng)驗(yàn)，個(gè)人認(rèn)為高速加工的程序的安全性是首要的，筆者在前面已經(jīng)多次談到，因此選擇智能化的CAM系統(tǒng)也是必須的，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的CAM系統(tǒng)一般都是面向局部的加工方式，靠操作者指定過切控制面或形體，采用人工或半自動(dòng)的方式防過切處理，而不是全自動(dòng)的過切防護(hù)，操作者的精神壓力極大，受到情緒、責(zé)任心等方面人為因素的影響，無法從根本上杜絕錯(cuò)誤的發(fā)生，具有發(fā)生嚴(yán)重事故的隱患，因此傳統(tǒng)的CAM系統(tǒng)不合適于高速加工技術(shù)的應(yīng)用。