面向高速铣削的加工策略

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----CAD/CAM的特色是实现高效高速铣削加工的关键
   

对于冲压和注塑模具制造者而言，实现高效的高速铣削加工涉及到许多因素。对于影响高速铣削加工的各种因素中，人们更多地关注CNC加工工具，主轴，刀具夹头，切削刀具和控制器等，而忽略了刀路轨迹编程对高速铣削加工所具有的影响效果！


今天，CAD/CAM技术正不断发展以满足高速铣削环境下对刀路轨迹生成上所提出的特定要求！高速铣削可以定义为使用主轴转速更高的主轴和进给速率来实现快速的材料切除，同时保证了不会影响零件的加工质量。使用高速铣削加工技术的目的是，完成注塑模具或冲压模具的精加工而得到最终的零件形状，改善零件表面的质量和几何精度，从而可以减少或避免零件的再抛光！


为了应用高速加工技术，一个CAM系统应具有下列支持：保持恒定的刀具载荷 \把进给速率损失降到最少 \使程序处理速度最大化


对CAD/CAM系统的一个要求是生成刀路轨迹时必须使刀路轨迹具有很小的步距同时又具有很高的进给速率！而且同时要求不能让刀具有走尖角的情况，因为高速铣削控制器具有对加工代码预览的功能，这个功能使得当刀具将要走尖角形状之前，高速铣削控制器会自动降低切削的进给速率！另外，为了避免数据传输的滞后（她会影响加工的进给速率），CAD/CAM系统必须输出符合具有运行基于BURBS G代码的控制器的相应加工代码。


本文将讨论有助于冲压或注塑车间实现有效的高速铣削加工所需要的CAD/CAM特征！
敏捷加工

“敏捷加工”是产生智能的，优化刀路轨迹的一个特点！该功能可以具有几个方面的特点：在Z的高度上检查加工数据，包括高速铣削进给的连接部分；斜率控制加工和几何形状的辨别等。





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在粗加工的时候，为了得到接近最终零件形状，对CAD?/CAM系统而言最重要的是系统能理解在加工中的每两层之间曲面的拓扑是如何变化的。毛坯残留知识(KSR)算法必须事先决定在那里必须生产额外的纵深加工。“敏捷加工”就是一个CAM系统如何实现层间的加工。通过这种方式的粗切，经常可以避免半精加工，从而节省了大量的加工时间和刀具损耗！


“敏捷加工”也包括螺旋式的进刀方式。这个加工方式多用于型腔的加工。螺旋式的进刀方式根据切入角度和几何形状来决定螺旋式的运动！该功能在刀具加工一个具有封闭区域的工件时特别重要！它可以按封闭区域的几何形状来裁减刀位轨迹，删除空走刀，使切削时间变短，走刀更安全。
毛坯残留知识

近年来，许多处于主导地位的CAD/CAM都引入了“二次粗加工“，该思想正是“毛坯残留知识“算法的核心。在车间使用的许多粗加工方法中，这种技术则是最好的。它的工作过程是：先执行首次粗加工，将加工得到的形状作为生成下次粗加工刀位轨迹的新毛坯。然后，根据新毛坯，使用各种的走刀方式—— 行切，环切，毛坯—环切进行粗加工。整个切削策略则是始终让刀具切到材料，减少空走刀，使结果更有效。


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类似的，当前把刀未切削掉所有材料时，“毛坯残留知识“算法可在此区域生成刀位轨迹。有许多方法切削此未加工区域，包括笔式追踪和残留切削。后续加工中生成的刀位轨迹可根据前次刀位轨迹获得的毛坯残留知识进行优化。比如，基于残留的毛坯进行刀位轨迹的优化，可保证刀具和夹头不发生干涉。


后续功能使精加工过程更有效。如果没有笔式追踪，残留切削，及相似的再加工策略，当刀具走到封闭区域的尖角时，就可能切到大量的材料（刀具在那就可能会折断）。再加工算法能消除这些尖角。


  

拐角

在整个刀位轨迹中如何处理拐角是十分重要的。为了生成优化的高速铣削加工轨迹，CAD/CAM系统必须有效处理零件内部的尖角。高速铣削的拐角处理功能可将存在于刀位轨迹中的尖角变成圆弧。如果保留这些尖角，控制器的预览功能则会发现它们，届时会提前降低进给率。切削拐角时，如果CAM系统能生成流畅的刀具运动，加工时，就可以保持更一致的高速进给率。
  
行间步径  
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当进给率相当高时，行间步径连接相连的刀位轨迹，生成有效过渡。近十年，平行线性扫描的曲面加工常常被用来精加工由多张曲面构成的模型。这种加工方式在每行轨迹的末端趋于生成尖角过渡。在这些扫描轨迹的行间尖角处使用简单的“生成环”的方法，对于那些适中的进给率（20— 40ipm)来说是适用的。但是，在高速进给的情况下，这些简单的圆弧运动还是太尖了。有一种被称为“高尔夫俱乐部“的行间过渡方法，被证明了在某些情况下更为有效。




  
基于NURBS的刀位轨迹

新的G代码“G6.2" 表示NURBS样条，该命令将传统的直线插补和圆弧插补扩展到用控制点和节点表示的样条插补。该功能将复杂的、曲线形的刀位轨迹与简单的、线性的刀位轨迹相结合，减少了NC数据，使切削更流畅、更高速。


一些CAD/CAM系统— 并非所有— 直接生成样条格式的刀位轨迹。生成的刀位轨迹是直接依据CAD模型的知识，这是非常重要的。因为一些CAD/CAM系统生成NURBS刀位轨迹时是基于线性的刀位轨迹，是将直线轨迹逼进为NURBS轨迹。因为经过两次逼进，就可能会出现误差积累。



摆线加工

一种用于提高速度的新方法是一种被称为“摆线”加工的刀位轨迹策略。该加工方式使用切削刀具的侧刃切削材料。
“摆线“描述了一类曲线，即圆上一固定点随着圆沿直线滚动时生成的轨迹。更通俗一点，摆线是这样一种曲线：假如曲线A上有一固定点，当A沿另一曲线B进行无跳动的滚动时，固定点的轨迹就是摆线。
“摆线”加工非常适合高速铣削，因为切削的刀具总是沿着一条具有固定半径的曲线运动。在加工的整个过程中，它使刀具运动总能保持一致的进给率。

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钻入式粗切

有一种被称为钻入式粗切的加工方法，可用特殊的切削刀具加工较深的注塑模具或冲压模具。钻入式粗切引用类似钻孔的刀位轨迹，在加工中心的Z方向上，将型腔深处的材料切削掉。对于粗加工深腔几何体来说，它已被证明是一种行之有效的方法。


在加工大型注塑模具或冲压模具时，钻入式粗切正引起人们的注意。加工此类零件时，往往要对刀具进行加长。在典型的铣削过程中，加长会导致刀具的振动。但是，沿Z方向加工时，振动就会减小，钻入式粗切为许多加工处理提供更有效的粗加工方法。


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其他

使用高速铣削方案时，一般情况下，要求切削很浅的深度，并且刀轨的步距很小。加工后曲面的光洁度大都取决于相邻刀轨之间的残留高度，并且步距越小、越灵巧，残留高度就越小。因此，切削很小的深度就会减少手工的抛光过程。同时，高速铣削提供了一种使用很小刀具的有效途径。对高速CNC机床来说，就可用于加工零件的细部，否则，就需要电极头或放电加工。减少或避免放电加工可以节省大量时间，这不仅因为放电加工是个很慢的过程，而且它需要额外的步骤去制作电极。



  


换句话说，高速加工让加工中心做更多的事情。这就是为什么在许多CAD/CAM开发商心中，实现高速加工的系统能使很多的加工中心编程自动化。


我们最终的目标是要拥有这样的CAM系统，它能够识别特征，又能运用车间里最好的实践经验自动加工零件。下一代CAD/CAM系统将制造特征识别与基于知识的加工方案相结合，使整个模具加工过程自动化。它提供完全自动化的编程结果，同时又允许有经验的制造工人对它定制，使之与车间的实践相吻合。这种系统什么时候能出现呢？Cimatron的每次努力都将向它迈进一步。

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