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SolidCAM高速加工 |
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作者：SolidCAM China 耿海彬 |
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高速切削加工技术是本世纪的一种先进制造技术，有着强大的生命力和广阔的应用前景。通过高速切削加工技术，可以解决在常规切削加工中备受困扰的一系列问题。近几年来，在美国、德国、日本等工业发达国家高速切削加工技术在大部分模具公司都得到了广泛应用，85%左右的模具电火花成形加工工序已被高速加工所替代。高速加工技术集高效、优质、低耗等众多优势于一身，已成为国际制造工艺中的主流加工技术。
SolidCAM软件高速加工模块(以下简称"SolidCAM HSM 模块")在多方面是对CAM技术的提升，使真正的高速铣削加工成为可能。它与传统工艺相比较有着加工精度高、表面质量好，生产效率高等优势，符合现代制造业发展方向，具有广阔的应用前景。
图1是使用SolidCAM HSM模块所加工的一个实际产品，通过这个例子展示了 SolidCAM HSM模块优越的加工性能。
1、高速铣削开粗策略
粗加工的主要目的是为了提高单位时间内的材料去除率，同时也为半精加工预留出均匀的残留毛坯，这里面最主要的是加工完成后有一个更合理的毛坯，基于这一点，在SolidCAM软件中提供了两种典型的开粗方式，轮廓开粗、型芯开粗。针对不同模型，我们应该有选择地选取相应的加工策略。
对于该类型零件加工，尽量避免刀具垂直插入工件，可采用螺旋下刀或者斜向下刀的方式，这样可以降低刀具载荷，减少刀具磨损。
在SolidCAM HSM模块中默认方式为螺旋下刀，当选定您所需要的刀具，那么系统会自动根据刀具直径定义出适合该刀具的进刀角度、螺旋直径等参数。图2。
图2
轮廓开粗是高效地去除大量毛坯的有效加工策略。根据指定的Z值深度自动产生一系列的路径偏移，并自动计算和最大限度的去除坯料。切削深度可以自动变化保障在平缓的区域加工到位，螺旋下刀和轮廓倾斜下刀都被用来作为进刀模式，无论在不同的刀路之间还是快速连刀都可以自动产生光滑的圆弧，有效的避免刀具停顿、提高刀具进给速度、延长了刀具使用寿命。图3。
图3
另外型芯开粗虽然在该零件中未采用，但是作为SolidCAM HSM模块粗开中一个重要的组成部分，在这里也做一个简单的介绍。
这种开粗方式是从外部加工型芯的优化加工策略，它不是在零件的内部产生特定宽度的切削，而是所有的刀具路径起始点都是从外部开始，通过给定的切削深度工作在外部轮廓和型芯之间。如果一个零件既有型芯又有型腔，则SolidCAM HSM 模块会自动在一个程序中转换型芯粗加工和型腔粗加工，刀具连接能够最大限度的减少刀具磨损。
2、高速铣削半精加工策略
在半精加工中我们采用的是：高速加工残料加工
这种方式有效地避免了：垂直角落进行笔式加工会阻挡刀具出屑槽出屑以及刀具大面积的接触毛坯等情况的出现。残料加工策略提取这些角落出来，从上到下进行加工，这样产生了更好的加工环境，陡峭的角落和平缓的角落在一个刀路中以不同的方式进行加工。
残料加工是通过一个较小的刀具工作在之前较大的刀具之后的加工策略，在之前的操作中，有一些刀具没有加工到位的地方，SolidCAM HSM模块能够更新毛坯模型并避免空切，对于大零件您可以通过减小刀具尺寸进行多次残料二次开粗操作。残料开粗也可以用在铸造零件上以减少切削路径行数，得到相应的毛坯公差。
这里也需要我们注意一点，就是半精加工时不可避免的是跳刀现象，其产生原因是为了使所有区域毛坯更加均匀，所以当加工完一个区域后，刀具会自动跳到另外一个区域进行加工。在这个过程中SolidCAM HSM模块提供了"高速斜向圆弧连刀"的刀路轨迹，这种连接方式具有以下几种优势：
2.1、能够产生高效、光顺的刀具路径，提高曲面加工质量、减少刀具载荷、延长刀具和机床的寿命；
2.2、光顺切削和进退刀路径，维持光顺连续的刀具运动轨迹，满足高速加工中维持高速进给和避免停顿的要求；
2.3、最小的Z向高度退刀，连刀也可以产生倾斜角度，保证中间连接轨迹与工件之间最小值，这样有效的减少了空切和加工时间。
通常情况下我们都是参考上一步为我当前所残留的毛坯，在SolidCAM HSM模块加工中不但可支持当前毛坯而且我们还可以参考在这之前的任何一步的毛坯，这样可以对先前任何一步的毛坯做最优化处理。
3、高速铣削精加工策略
精加工是基于曲面的算法，这对于多曲面的模型来讲，应尽可能少的抬刀。这就要求产生的刀具路径在同一角度范围内或者在轴向和径向要求具有不同的留量。
在这里我们采用了等高加工的策略。
等高加工能够根据由曲面形状形成的一系列曲面轮廓产生不同高度的刀路轨迹，如同对零件几何进行水平切片一样，这种加工策略是对陡峭区域进行半精加工和精加工的最优策略，通过限制等高加工的角度范围（30°-90°）陡峭的区域被加工，其他平缓的区域可以通过其他更多的策略进行加工。
除了采用等高加工的策略之外，在这里我们还使用了水平加工和平行加工的解决方案。
水平加工策略是自动检测所有的平缓区域并且在高度方向上做偏移进行切削，该加工策略使用和开粗类似的光滑刀路的工具，刀路连接也同粗加工一样并能够进行轮廓倾斜进刀螺旋下刀和光顺刀路连接轨迹，如果使用者要求多次加工这些平缓区域，可以通过设置不同的Z值偏移得到结果。平行加工是一个应用最广泛的精加工策略，线性的刀路用在开粗加工之后的半精加工和平缓区域的精加工，刀具路径平行于XY 平面并随曲面Z 值发生变化，您可以选择水平区域的方向以及步距，交叉路径是和平行路径成90?用来加工所有区域，这种策略的采用可避免频繁的方向改变。
4、高速铣削清根策略
清根加工中分别采用了笔式加工和平行笔式加工两种策略。笔式加工是在内部圆角和小的圆弧拐角处创建刀路的加工策略，该策略能够去除其他方式不能到达的残余坯料。笔式加工常用来清理角落或者前次加工剩余的角落，使零件曲面的内部圆角和刀具具有相等值的理想加工策略。平行笔式加工是笔式加工的延伸，通过该策略能够决定在笔式加工旁多行刀路的步距和数量，这对于之前的刀具不能完全清理内部角落是非常有效的策略，多行刀路从外部到角落中央产生非常高的曲面精加工。如（图7）所示，在平行笔式加工中的垂直和水平衔接处会随形产生圆弧状过渡轨迹，用来光顺刀具路径，进而改善加工表面质量，减少抬刀次数。
图7
除此之外还有一个显著的优势，SolidCAM 与SolidWorks 在同一个界面下集成在一起，所有的操作定义，计算和验证都没有离开SolidWorks 的环境，所有的几何都是完全与SolidWorks设计模型关联，在一个CAM零件中，多个SolidWorks 配置环境可以使用并产生工件的不同加工步骤。当在SolidWorks 设计模型发生变更的时候，SolidCAM能够帮助使用者自动根据所有的模型进行同步更新，完全关联于SolidWorks的设计模型，减少了由于工程变更以及模型中已经加工的区域更新带来的错误。
综合以上策略，实际加工后的结果，能满足当今用户对高品质产品的要求。
5、结束语
SolidCAM HSM模块是一个非常强大的高速加工的模块，经过市场验证其对于模具、工具、冲压模具和复杂3D零件高速加工非常有效。在今对缩短产品生产周期、降低成本和提高质量的要求下，高速铣削成为加工车间必不可少的需求。
SolidCAM为客户提供了二轴半加工、三轴加工、四轴和五轴加工、线切割、自动测量、车削、车铣复合和铣车复合等专项模块，也包括加工工序管理、数控加工编辑、刀具轨迹验证、后置处理生成器等辅助工具来协助我们完成编程操作，为加工制造业提供了完美的解决方案。
参考文献：
[1] 阮景奎.高速切削加工是汽车模具制造的发展趋势[J] (end)
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(2/3/2009) |
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