数控编程在高速加工中的应用

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数控编程在高速加工中的应用
概述

高速加工的概念：高速加工（HSM或HSC）是二十世纪迅速走向实际应用的先进加工技术。通常是指高的主轴转速（10,000-100,000r/min）、高的进给/快移速度(可达40m-180m/min)下的铣削加工。国际上广泛应用于航空航天制造业、模具制造业、汽车零部件加工、精密零件加工。具体作用：解决新材料的加工问题，适应表面质量高、精度高、形状复杂的3D曲面加工，减少和避免费时、费钱的电火花加工，解决薄壁零件的加工问题，高速复合加工还可以减少搬运次数、装夹次数，避免重复定位带来的加工误差等，提高了加工质量及加工效率。

高速铣削的一般特征

高速铣削一般采用高的铣削速度，适当的进给量，小的径向和轴向切削深度，即切削体积。由于在切削时大量的切削热被切屑带走，工件表面温度较低。而且随着铣削速度的提高，切削力略有下降，表面质量提高，加工生产率也随之提高。由于高速铣削的的上述特点，高速铣削工艺相对常规加工具有很多优点：

·提高生产率
·改善工件的加工精度和表面质量
·实现整体结构零件的加工
·有利于使用较小的刀具加工
·有利于加工薄壁零件和高强度、高硬度脆性材料

由于上述优点，综合效率提高、质量提高、工序简化，尽管机床投资和刀具投资以及维护费用增加，但高速铣削工艺的综合效益仍有显着提高。

高速铣削是一项复杂的系统工程技术，是机床、刀具、刀柄结构、加工工艺技术、控制系统、CAD/CAM软件等多种因素综合作用的结果。与传统加工工艺技术相比，对其中的每一项指标都有较高要求。

高速机床是实现高速加工的前提和基础。符合高速加工要求的机床应具备的必要条件有：高的主轴转速（10000~20000r/min越来越普及，100000~200000r/min的高速主轴正在研制开发中）、高速和高加（减）速的切削进给机构（进给/快移速度可达40~180m/min，加速度现多为1g~2g）、高速CNC控制系统(加减预差补，前馈控制，精确矢量补偿，最佳拐角减速等)、高速切削机床的安全防护与实时监控系统。对刀具而言，高速铣削必须具备安全性和高的耐磨度。从而要从以下几个方面考虑：刀具材料，刀具结构，刀杆结构，刀具的动平衡等。

除了机床、刀具等硬件满足高速加工的前提和基础，高速加工对数控编程也提出了与普通加工更高的要求。本篇重点阐述CAD/CAM软件在高速加工中的应用。

图1 薄壁件加工实例

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伺服系统，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有以下几个方面相关：

一、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CAM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。

图2 曲面3维等步距加工示意图

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