iCAx开思网

标题: 用Cimatron系统进行高速加工编程 [打印本页]

作者: jiewwk 时间: 2004-6-20 09:31
标题: 用Cimatron系统进行高速加工编程
  用Cimatron系统进行高速加工编程
用Cimatron系统进行高速加工编程
高速铣削加工技术，具有许多优秀的特点，如可以获得很光滑的表面质量，容易实现零件的精细结构的加工而避免了大量电极制造和耗时的放电加工，可以有效地对高硬度材料进行加工，特别是可以实现脆性材料和薄壁零件的加工等。同时简化了生产的工序，使绝大多数的工作都集中在高速加工中心上完成。
　　使用高速加工技术，不仅要有适合高速加工的设备-高速加工中心，还要选择适合进行高速加工的刀具。另外采用适合高速加工的编程策略也至关重要。
　　一、高速加工编程时主要关心的问题
　　采用高速铣削加工编程的原则主要与数控加工系统，加工材料，所用刀具等方面有关。使用CAM系统进行数控编程时，刀具选择、切削用量以及选择合适的加工参数可以根据具体情况设置外，加工方法的选择就成为高速加工数控编程的关键。如何选择合适的加工方法来较为合理、有效地进行高速加工的数控编程，需要考虑的问题主要与以下几个方面相关：
> 　　
> 　　（1）由于高速加工中心具有前视或预览功能，在刀具需要进行急速转弯时加工中心会提前进行预减速，在完成转弯后再提高运动速度。机床的这一功能主要是为了避免惯性冲击过大，从而导致惯性过切或损坏机床主轴而设置的。有些高速加工中心尽管没有这一功能也能较好地承受惯性冲击，但该情况对于机床的主轴也是不利的，会影响主轴等零件的寿命。在使用C AM进行数控编程时，要尽一切可能保证刀具运动轨迹的光滑与平稳。
> 　　（2）由于高速加工中，刀具的运动速度很高，而高速加工中采用的刀具通常又很小，这就要求在加工过程中保持固定的刀具载荷，避免刀具过载。因为刀具载荷的均匀与否会直接影响刀具的寿命、对机床主轴等，在刀具载荷过大的情况下还会导致断刀。
> 　　（3）采用更加安全和有效的加工方法与迅速进行安全检查校验与分析。
> 　　二、高速加工编程采用的编程策略
> 　　1、采用光滑的进、退刀方式。
> 　　在Cimatron系统中, 有多种多样的进、退刀方式，如在走轮廓时，有轮廓的法向进、退刀，轮廓的切向进、退刀和相邻轮廓的角分线进、退刀等。针对高速加工时应尽量采用轮廓的切向进、退刀方式以保证刀路轨迹的平滑。在对曲面进行加工时，刀具可以是Z 向垂直进、退刀，曲面法向的进、退刀，曲面正向与反向的进、退刀和斜向或螺旋式进、退刀等。在实际加工中，用户可以采用曲面的切向进刀或更好的螺旋式进刀。而且螺旋式进刀切入材料时，如果加工区域是上大下小时，螺旋半径会随之减小以进刀到指定深度，有些C AM系统具有基于知识的加工，在检查刀具信息后发现刀具具有盲区时，螺旋加工半径不会无限制减小，以避免撞刀这些对程序的安全性提供了周全的保障。
> 　　
> 　　2、采用光滑的移刀方式。
> 　　这里所说的移刀方式主要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。普通CAM软件中的移刀大多不适合高速加工的要求。如在行切移刀时，刀具多是直接垂直于原来行切方向的法向移刀，至使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轨迹的法向直接移刀，也至使道路轨迹存在不平滑情况；在等高线加工中的层间移刀时，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甚至使高速加工不成为高速加工。
> 　　高速加工中，采用的切削用量都很小（侧向切削用量和深度切削用量很小），移刀运动量也会急剧增加。因此必须要求CAM产生的刀路轨迹中的移刀平滑。在支持高速加工的C imatron系统软件中，则提供了非常丰富的移刀策略。
> 　　（1）行切光滑移刀
> 　　a. 行切的移刀直接采用切圆弧连接。该种方法在行切切削用量（行间距）较大的情况下处理的很好，在行切切削用量（行间距）较小的情况下会由于圆弧半径过小而导致圆弧接近一点，即近似为行间的直接直线移刀，从而也导致机床预览减速，影响加工的效率，对加工中心也不利。
> 　　b.行切的移刀采用内侧或外侧圆弧过渡移刀。该种方法在一定程度上会解决在前面采用切圆弧移刀的不足。但是在使用非常小的刀子（0 .6mm直径的球头刀）进行精加工时，由于刀路轨迹间距非常的小（侧向切削用量为0.2mm），使得该方法也不够理想。这时用户可以考虑采用下面更为高级的移刀方式
> 　　c.切向的移刀采用高尔夫球竿头式移刀方式。
> 　　（2）环切的光滑移刀
> 　　a. 环切的移刀采用环间的圆弧切出与切入连接。这种方法的弊端是在加工3D复杂零件时，由于移刀轨迹直接在两个刀路轨迹之间进行生成圆弧，在间距较大的情况下，会产生过切。因此该方法一般多用于2 .5轴的加工，在加工中所有的加工都在一个平面内。
> 　　b. 环切的移刀采用空间螺旋式移刀。该种移刀方法由于移刀在空间完成，避免了上面方法的弊端。
> 　　（3）层间的空间螺旋移刀
> 　　在进行等高加工时，用户要采用螺旋式等高线间的移刀。
> 　　3、应采用光滑的转弯走刀。
> 　　采用光滑的转弯走刀与进行光滑的移刀一样，对保证高速加工的平稳与效率同样重要。
> 　　（1）圆角走刀；该种走刀方式并不是什么新的走拐角方式，一般CAM系统都有提供。该方式较适合高速加工，用户应予以采用。
> 　　（2）圆环走刀；该种方法是较为高级的走拐角方式，就象驾驶高速跑车在高速公路上跑时，要想在不损失速率的情况下转弯和保证转弯更平稳，沿着立交环岛来转弯一样。这种方法在走锐角弯路时效果特别明显。
> 　　a. 应采用更适合高速加工的加工方法。
> 　　Cimatron先进的CAM系统提供了许多更适合高速加工的加工方法。如在轮廓加工中，用户可以使用螺旋式三轴连动的加工方法。使用该种方法进行轮廓加工时，刀具一边沿轮廓切削，一边在纵向进刀，这保证了刀具载荷的稳定，刀路轨迹也自然平滑。采用摆线式加工。摆线试加工是利用刀具沿一滚动圆的运动来逐次对零件表面进行高速与小切量的切削。采用该种方法可以有效地进行零件上窄槽和轮廓的高速小切量切削，对刀具具有很好的保护作用。在进行零件的精加工时，在加工中心支持N urbs代码的情况下，应采用Nurbs编程。这样产生的刀路轨迹的数据量不仅少，而且刀具运动也更光滑平稳高效。
> 　　b. 利用CAM内在的优秀功能
> 　　许多CAM系统都有很多高级的加工能力，充分利用和挖掘这些能力加工极大地改善加工的效果。
> 　　粗切时使用具有层间二次粗加工优化的功能。在等高线粗切中，由于零件上存在斜面，在斜面上会留有台阶，导致残留余量不尽均匀。这样对后续的加工不利，如刀具载荷不均匀。尽管系统具有载荷的分析与优化，但毕竟将影响加工的效率和质量。因此在进行粗切时，用户应选择具有优秀的层间二次粗加工W CUT功能，在粗切时就得到了余量均匀的结果，为后续加工提供更有利的条件，也提高了加工的效率。
> 　　在最后阶段对零件进行清根时，利用具有斜率分析的清根算法，对陡峭拐角和平坦拐角区别对待，即对陡峭拐角的清根使用等高线一层一层清根，对平坦区域采用沿轮廓清根，可以更好地保护刀具，获得更好的表面质量。
> 　　在等高线(WCUT)精加工时，应使用螺旋式改变进刀位置的方式，以避免在固定位置留有进刀痕迹，保证加工结果的整体优良。
> 　　在编程过程中，应利用有效的刀柄干涉检查的功能，确保刀具的安全性。要选择具有毛坯残留知识加工的系统。这种系统的干涉检查更为合理，因为系统是把刀具信息与上次加工的残留毛坯进行校验。
> 　　读者可以利用Cimatron系统提供的结果校验工具进行余量可视化分析，加快作出尽一步调整加工策略和进行补充加工的决定。
> 　　读者可以利用Cimatron系统具有的自动化编程机制，制定结合工厂实际的加工模板，提升加工的效率与可靠性。
> 　　随着高速铣削技术的不断普及，越来越多的企业已经在生产实践中开始应用该技术，如知名的海尔集团，西航公司的安泰叶片公司等。加工高速铣削加工是一项综合技术的应用，编程是其中的一项关键性工作，也是一项创造性的工作。理想的产品来自于技术与经验的有效结合和在实践中的不断探索。对于开始采用高速加工技术的企业来说，要有一个适应、探索、总结和提高的过程。

作者: goodworker 时间: 2004-6-20 14:08
顶
感谢你的国际精神，送你3朵玫瑰

作者: goodworker 时间: 2004-6-20 16:44
俺也说说，如果各位看还可以，顶一下，

高速加工的成功应用依赖于多方面条件的同时满足。高速加工有这么一个特点，即一错百错，一旦出现错误，立即导致全局崩溃。

有些关键参数很容易定义，如配有功能强大的CNC系统和高精度主轴的高质量机床；高刚性和精确平衡的机床夹持；高性能的切削刀具等等。但另外一些参数则不那么容易定义，而通常又是由于这些参数的选用不当导致高速加工的失败，即使前面所述的那些物理设备和设置完全正确。

CAD和CAM应用软件的质量和适当应用是除上述物理因素之外影响高速加工的两个主要因素。这个问题如果从CADCAM系统产生的CNC程序直接决定许多处理条件这个角度考虑，就很直接了。但是很难精确指定在CADCAM系统中需要什么样的功能才能保证得到高质量的高速加工结果。

作为一个国际领先的复杂形体产品设计和制造CADCAM系统提供商Delcam Plc中负责CAM产品的产品开发总监，我接触到很多好的; 同时也接触到很多坏的高速加工例子。在这篇论文中，我将着重为大家介绍CADCAM中一些我认为是最能影响高速加工成败的一些因素。

CAD对高速加工的影响

一般来说不太容易看到CAD对高速加工具有很直接的影响。很多人认为，CAD模型仅仅用于定义零件的外形，至于如何加工出所设计的零件，那是CAM操作者和加工工程师的事。事实是这样吗？

从理论上来说这没错，但很多情况下，CAD模型可能并未真正定义出需加工的形状。有多种因素会导致模型不适合于高速加工，这些因素大多也会影响传统加工，但不如高速加工那么强烈。

精度的影响

高速加工的一个主要优势是其高的加工精度、小的热分布以及高质量的加工表面。但通常可看到这样一个奇怪现象，即用于建立零件模型的公差要大于最终的加工公差。

精度问题的一个内在原因在于数据交换。通常零件由一个CAD系统设计，然后需转换到另一个不同的CAD系统进行补充设计和加工准备。每次进行数据传输都需要将几何形体从一种格式转换为另一种格式，而有些转换涉及到按极限公差近似。由于这些公差是累积性的，因此，设计零件模型时必须确保将零件模型的公差设置得足够小，至少较精加工公差小十倍。

交换格式如IGES格式常常迫使系统在不同的几何描述间进行转换。如有可能，最好是让数据发送系统进行所有的转换工作，因为它可访问"主"数据。这可通过 " flavouring"发送系统的IGES来实现。Flavouring将告诉系统在IGES文件中最可能用到哪些类型的实体。有些系统提供了一预定义的IGES flavours菜单，使它能适用于一些常用系统。

减小转换过程出现的问题的其中一个方法是使用直接接口。直接接口允许一个系统直接读取另一系统的文件。例如，Delcam的PowerMILL就具有Catia， Pro/Engineer， Unigraphics等其它众多主流系统的直接接口。

有些公司喜欢使用一种数据交换格式即Stereo lithography (STL) 三角形格式，其原因是它非常简单。一部分CAM系统，包括Delcam的PowerMILL可直接加工STL格式文件。然而，由于这种格式文件中的三角形是按公差产生，因此在加工表面上可能出现可见面片。多数主流设计系统STL格式所使用的公差通常非常大（0.1mm）且隐藏在多重选项之后，很容易被忽视。因此，整理低公差设置的STL文件中的加工公差，可显著地提高加工表面的精度。

修剪的影响

CAD系统中的多数零件都是由裁剪曲面"拼凑"而成－－就象上衣是由多片复杂形状的布料缝合而成一样。这些曲面的边界精度直接影响到所产生的刀具路径质量。

图1是一夸大后的裁剪平面封顶圆锥的情景。圆锥顶部是一完整圆形，而平面顶盖为六角形，该六角形平面可能会在顶部的某些地方超出圆形范围。如果超出的范围太大，则可能会导致刀具路径中出现尖点，在这种情况下，加工后的表面上极可能出现刀痕。

图 1 - 裁剪误差

图2是一更复杂的模型，在此模型上，在曲面相交部分存在更多的坏裁剪曲面。这种问题通常是由于不合适的造型公差产生，但数据转换误差也可能导致这种裁剪问题的出现。

图2 - 不良裁剪模型

不完整模型的影响

许多CAD操作者为自己设置了很多捷径，以缩短模型的造型时间。一个经常用到的捷径是忽略底座内部拐角圆倒角，他们认为此圆倒角形状可通过合适半径的刀具直接加工。如果使用这种方法，则需刀具能正好切进尖锐拐角，如图3(a)所示，这势必会使刀具负荷猛然增加，增加的负荷将是刀具做直线切削时负荷的4.5倍。


图3 - 切削内圆倒角

有些CAM系统提供了解决此问题的一些方法，但最好还是避免这种现象的出现，确保CAD模型能精确地表示要加工的形状。加工这种类型的圆倒角最好是使用较小半径的刀具，一般情况下刀具的半径最好较圆倒角几何尺寸小70%或是更小，这样可使拐角处的切削刀具路径更加平顺，避免刀具的突然转向，见图2(b)。使用小刀具加工和直接切入拐角相比，刀具负荷可降低3倍。

不能加工的特征的影响

尽管高速加工扩大了可直接铣削的特征范围，但对形状特别复杂的模型，细节部分还是必须使用EDM加工。另外多数零件上会有许多孔，这些孔可直接钻出。如果供加工使用的CAD模型中包含了这些特征，则大多数CAM系统将试图加工它们。最典型的结果是刀具路径中会包含这些不希望进行铣削加工的区域，如果不进行处理，则实际加工时刀具势必会切入这些孔或尖角中。CAM操作者需花费很多时间来修正这些错误，以避免重复加工这些放电加工区域和孔区域。


图 4 - 不能加工的特征

如果可能，应尽量将这些不希望进行铣削加工的特征从用于产生刀具路径的 CAD模型中摘除。具体的摘除方法取决于所使用的CAD系统。有些系统采取删除特征的方法；而有些系统则通过添加额外曲面将这些特征覆盖。

作者: 帅得惊动了党 时间: 2004-7-8 18:02
感觉都是一样啊,和一般的机子差不多,我以前都是这样编.就转速和F速不同,不过各方面要注意的东西还是比较多的.

欢迎光临 iCAx开思网 (https://www.icax.org/)