一、前言

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

高速加工設備的大量應用，對編程系統的要求越來(lái)越高，價(jià)格昂貴的高速加工設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加工的10倍或更高，任何編程過(guò)程的失誤如過(guò)切、干擾、碰撞等都會(huì )造成非常嚴重的事故，而且由于高速運動(dòng)，無(wú)法靠人工急停來(lái)預防，高速加工設備是非常貴重的設備，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系統必須具備全自動(dòng)的（而不能是半自動(dòng)或人工的）防過(guò)切，防碰撞功能，確保NC指令的絕對安全性，是對高速加工設備提出的一個(gè)基本要求。另外要保證刀具路徑的光滑平穩，來(lái)確保零件加工質(zhì)量和機床主軸等部件的壽命，以及刀具在切削過(guò)程中載荷均勻性。

二、高速加工的加工方式

POWERMILL是基于知識、基于工藝特征的、有多種獨有加工方式、全程防過(guò)切、適用于高速加工的一款智能化CAM系統。本文從高速加工所要求的各項條件及POWERMILL適合高速加工的功能、安全防護措施來(lái)展開(kāi)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)量的加工表面及細微結構為目的的半精加工，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（區域清除）盡可能地保持刀具負荷的穩定，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(chē)線(xiàn)加工方式，是本人綜觀(guān)多種加工軟件中所獨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(chē)在跑道內高速行駛，賽車(chē)可以偏離跑道的中心，從而產(chǎn)生類(lèi)似于賽車(chē)在跑道內的運動(dòng)路徑，賽車(chē)可以在不失速率的情況下來(lái)轉彎。增加了刀路運動(dòng)的光滑性、平衡性，避免刀路突然轉向，頻繁的切入切出所造成的沖擊。圖2是用POWERMILL的賽車(chē)線(xiàn)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域，那么就會(huì )留有臺階，使殘留余量不盡均勻，系統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(méi)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(xiàn)加工選項，擺線(xiàn)加工（圖4）是利用刀具沿一滾動(dòng)的圓的運動(dòng)來(lái)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(xiàn)加工方式可可在高速加工中采取大下切步距，擺線(xiàn)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、平穩的，POWERMILL的智能余量識別功能，能在大加工量、全刀寬、拐角等區域自動(dòng)判定，自動(dòng)采用擺線(xiàn)加工方式。從而使擺線(xiàn)加工方式在大余量的粗加工中得以應用。圖5是用粗加工中擺線(xiàn)加工選項生成的刀具路徑。

圖4[/ALIGN]

圖5[/ALIGN]Powermill粗加工中的區域過(guò)濾選項也是僅部分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、基于工藝特征的POWERMILL系統會(huì )自動(dòng)過(guò)濾掉刀具盲區干涉的區域的粗加工路徑，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，而不是使用傳統的平行加工策略。在可能的情況下，都應從工件的中心開(kāi)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)現精細區域的加工，如：小的圓角（小于1mm），小的溝漕等，高速加工的出現是一場(chǎng)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(wú)論是粗加工還是精加工，都應使用使用圓弧切入和切出方法來(lái)切入或離開(kāi)工件。應盡量避免垂直下刀，直接接近零件表面，因為這樣會(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(mǎn)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（如圖6）

圖6[/ALIGN]
對許多形狀來(lái)說(shuō)，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光滑的刀具路徑
 

圖7、8[/ALIGN]傳統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，也就是在加工區域僅一次進(jìn)刀，在不抬刀的情況下生成連續光滑的刀具路徑（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(méi)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)量的影響及機械設備不必要的耗損。
（2） 等粗糙度等高加工，可謂獨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，智能識別、智能轉換、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系統會(huì )自動(dòng)利用區域分析算法對陡峭和平坦區域分別處理，計算適合等高及適合使用類(lèi)似3D偏置的區域，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，在高速加工中運用，一定要采取，圓弧切入切出連接方式，以及尖角圓弧過(guò)渡。禁止使用直接下刀的連接方式來(lái)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自動(dòng)清根，POWERMILL系統會(huì )自動(dòng)利用區域分析算法對陡峭和平坦區域分別處理，并根據加工工藝自動(dòng)采用在陡峭拐角采用等高的方式來(lái)生成刀具路徑，平坦區域產(chǎn)生沿著(zhù)的刀具路徑，并且沿根方向全自動(dòng)從外向內往復加工，確保余量均勻，保證刀具路徑的自然光滑、平穩、載荷均勻（圖12）

圖12[/ALIGN]（2）殘余量清根加工：系統自動(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，由外向內的3D offest方式完成清根及殘余區域加工，盡可能地減少人工修復。
如果用戶(hù)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)，采用前傾側傾，來(lái)避免線(xiàn)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(chē)覆蓋件模具為了保證切削線(xiàn)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(guò)程中，你可以用你要用于加工的實(shí)際刀具長(cháng)度，刀夾尺寸進(jìn)行干涉檢查，系統可以根據你的設置快速檢查刀具、刀柄、夾具是否干涉，實(shí)際加工過(guò)程中刀具、刀柄、夾具的干涉碰撞是操作者最為擔心的問(wèn)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(cháng)度，指導操作者*化備刀準備，具有非常實(shí)用的意義。用高速加工狀態(tài)下，完全避免過(guò)切和刀具夾持碰撞檢查更加重要，因為任何這樣的損壞都將更加嚴重。高的運轉速度使操作者在加工中發(fā)現任何問(wèn)題都無(wú)法停機，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)行結果校驗
高速加工狀態(tài)下，刀具碰撞和過(guò)切問(wèn)題顯得更加嚴重。PowerMILL 的刀具夾持碰撞檢查和過(guò)切避免功能消除了NC 程序員對此的憂(yōu)慮。

四、切削速度的優(yōu)化高速控制器具有NURBS 選項

使用PS-Optifeed優(yōu)化F值，系統可以根據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(shuō)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(cháng)刀具的壽命，保證了機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(guò)程，圖14是優(yōu)化F值后，切削時(shí)切削速度根據余量的變化曲線(xiàn)
 

圖13[/ALIGN]

圖14[/ALIGN]五、高速控制器具有NURBS 選項

*的高速控制器具有NURBS 選項，從而允許用一系列曲線(xiàn)運動(dòng)而不是大量的短的直線(xiàn)運動(dòng)來(lái)進(jìn)行精加工。這樣過(guò)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 運動(dòng)更長(cháng)，機床控制器能向前看得更遠，這樣，使得路徑設計和進(jìn)給速率設置更加智能化。同時(shí)，使用曲線(xiàn)路徑比使用一系列直線(xiàn)路徑有更少的速度調整如減少，減速。產(chǎn)生更適合高速加工的NURBS曲線(xiàn)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、結束語(yǔ)：

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，個(gè)人認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系統也是必須的，因為傳統的CAM系統一般都是面向局部的加工方式，靠操作者指定過(guò)切控制面或形體，采用人工或半自動(dòng)的方式防過(guò)切處理，而不是全自動(dòng)的過(guò)切防護，操作者的精神壓力極大，受到情緒、責任心等方面人為因素的影響，無(wú)法從根本上杜絕錯誤的發(fā)生，具有發(fā)生嚴重事故的隱患，因此傳統的CAM系統不合適于高速加工技術(shù)的應用。