CAM軟件在高速加工下的應(yīng)用 (1)
　　高速加工 (High Speed Machining，簡(jiǎn)稱HSM)，是相對(duì)傳統(tǒng)加工系統(tǒng)而言，通過(guò)高性能的機(jī)床，以通常意義上的幾倍，甚至幾十倍的加工速度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的高精度、高效率加工，最終達(dá)到提高生產(chǎn)率的目的。
實(shí)用的高速加工技術(shù)是與先進(jìn)數(shù)控自動(dòng)生產(chǎn)線、刀具(工具)、數(shù)控機(jī)床(設(shè)備)、夾具等硬件以及先進(jìn)的管理模式、技術(shù)、理念等軟件相輔相成的。而一旦上述軟硬件具備后，CAM的質(zhì)量與應(yīng)用便成為影響高速切削加工的主要因素。

　　引言

　　高速加工 (High Speed Machining，簡(jiǎn)稱HSM)，是相對(duì)傳統(tǒng)加工系統(tǒng)而言，通過(guò)高性能的機(jī)床，以通常意義上的幾倍，甚至幾十倍的加工速度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的高精度、高效率加工，最終達(dá)到提高生產(chǎn)率的目的。實(shí)用的高速加工技術(shù)是與先進(jìn)數(shù)控自動(dòng)生產(chǎn)線、刀具(工具)、數(shù)控機(jī)床(設(shè)備)、夾具等硬件以及先進(jìn)的管理模式、技術(shù)、理念等軟件相輔相成的。而一旦上述軟硬件具備后，CAM的質(zhì)量與應(yīng)用便成為影響高速切削加工的主要因素。

　　1 高速加工的特點(diǎn)

　　隨著技術(shù)的發(fā)展，高速加工的概念也在不斷變化，一般而言，高速加工除了具有高的切削速度和主軸轉(zhuǎn)速外，還應(yīng)具有高的進(jìn)給速度。對(duì)于不同的切削材料和不同的切削方式，高速加工定義的切削速度的范圍不盡相同。對(duì)于切削鋁、鎂合金，切削速度大于1000m/min可稱為高速加工，而對(duì)于加工鑄鐵或鋼，切削速度大于305m/min就可以稱為高速加工了。一般精銑加工進(jìn)給速度可達(dá)到5000一15000m/min，快速進(jìn)給速度可以達(dá)到20000一60000m/min。高速加工是體現(xiàn)高切削速度、高進(jìn)給率和高精度加工的技術(shù)。

　　高速加工具有以下典型特點(diǎn)：

　　首先，小切削恒定負(fù)荷，快速走刀。高速加工需要恒定的機(jī)床負(fù)載以及恒定的材料去除率；從而充分發(fā)揮高速機(jī)床和刀具的切削效率；

　　其次，刀尖切削線速率非常高，主要來(lái)自主軸轉(zhuǎn)速和刀具尺寸；高速加工需要更多的加工工序，即每次切削的深度都相對(duì)的淺；

　　此外，高速加工可直接加工淬火材料，高速加工時(shí)應(yīng)避免尖角運(yùn)動(dòng)。

　　和傳統(tǒng)的切削加工相比： 以加工航空發(fā)動(dòng)機(jī)鎖片模具為例，高速加工一般只需要5道工序：即毛坯淬火處理、粗加工、精加工、超精加工和局部拋光；而傳統(tǒng)加工則需要 8 道以上的工序：即毛坯退火、粗加工、半精加工、淬火處理、電極加工、電加工、局部精加工和人工拋光。通過(guò)實(shí)測(cè)，高速加工時(shí)材料去除的速度應(yīng)為傳統(tǒng)加工的4倍以上，這樣既提高了加工的速度，又省去了鉗工手工打磨的時(shí)間，且工件表面加工質(zhì)量的提高還省掉了修光和電火花等工序的時(shí)間。

　　當(dāng)然，高速加工的實(shí)現(xiàn)首先依賴于高速加工的“載體”——機(jī)床。針對(duì)不同的加工要求，要適當(dāng)?shù)剡x擇機(jī)床加工場(chǎng)地的大小、具有高速及預(yù)處理能力的數(shù)控系統(tǒng)、保證低速的高扭矩和高速的切削力的機(jī)床主軸、座標(biāo)軸的驅(qū)動(dòng)裝置、導(dǎo)軌設(shè)計(jì)、冷卻處理技術(shù)和精密位置測(cè)量技術(shù)等。還要根據(jù)被加工工件的體積、硬度、幾何形狀以及排屑量等情況，適當(dāng)選擇加工軸的數(shù)量，使加工過(guò)程中機(jī)床一直保持著優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性。

　　高速加工時(shí)刀具的選擇也至關(guān)重要。刀具的徑向跳動(dòng)要小于0.015毫米，而切削刃的長(zhǎng)度不能大于4倍的刀具直徑。根據(jù)實(shí)際加工環(huán)境要優(yōu)先采用特殊涂層的刀具。對(duì)于刀具材料（包括硬度、韌性、紅硬性（高溫狀態(tài)下保持切削性能）），刀具的形狀（包括排屑性能、表面精度、動(dòng)平衡性等）以及刀具壽命都有很高的要求。

　　有了“高技術(shù)”的機(jī)床和高速刀具系統(tǒng)做保障，需要輔之以更先進(jìn)可靠的CAM軟件才能實(shí)現(xiàn)真正意義上的“高速加工”。
   CAM軟件在高速加工下的應(yīng)用（2）

　　2 高速加工對(duì)CAM軟件的要求

　　CAM是現(xiàn)階段計(jì)算機(jī)輔助制造軟件的統(tǒng)稱，它和好的機(jī)床和刀具系統(tǒng)配合，便可高速和高效地加工出合適的零件。
使用好CAM比使用好CAD，在對(duì)于人的素質(zhì)方面會(huì)要求更高。使用CAD軟件時(shí)只要有一臺(tái)個(gè)人電腦就行，而對(duì)于CAM 來(lái)說(shuō)，操作者不但需要具備電腦知識(shí)而且需要具備工藝知識(shí)、加工經(jīng)驗(yàn)，了解加工母機(jī)的性能、了解裝夾零件的要求、了解測(cè)量和檢測(cè)、了解刀具性能 …… 對(duì)于CAD系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一旦設(shè)計(jì)錯(cuò)誤(尚未提交加工制造前），可以完全推倒重來(lái)或進(jìn)行某些局部的修改和調(diào)整，損失的只是時(shí)間；對(duì)于CAM來(lái)說(shuō)，在加工時(shí)一旦發(fā)生錯(cuò)誤，損失的不僅僅是時(shí)間，還會(huì)有毛坯的報(bào)廢、刀具系統(tǒng)甚至是機(jī)床母機(jī)的損壞。所以，世界上著名的CAM軟件提供廠商，一直在致力于CAM系統(tǒng)高效加工與安全性的研究。

　　高速加工有著與傳統(tǒng)加工不一樣的工藝要求。數(shù)控加工的指令應(yīng)該包含了所有的工藝過(guò)程，因此，用于高速加工的CAM數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)需要有其特殊的功能考慮。為了使軟件和設(shè)備能夠協(xié)調(diào)“高速”，必須使軟件具有以下功能：

　　1)CAM 系統(tǒng)應(yīng)該具有高計(jì)算量的編程速度：

　　高速加工中采用極小的進(jìn)給量和切深，單步量大，故數(shù)控程序比傳統(tǒng)的程序要大得多，沒(méi)有很高的運(yùn)算處理能力是無(wú)法配合機(jī)床運(yùn)動(dòng)以及數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行速度的。快的編程速度使操作人員能夠?qū)Χ喾N加工策略進(jìn)行比較，采取適當(dāng)?shù)墓に嚪椒ǎ瑢?duì)刀具軌跡進(jìn)行編輯、調(diào)整和優(yōu)化，以達(dá)到最佳的加工效率。

　　2)CAM系統(tǒng)應(yīng)該具有全程自動(dòng)防過(guò)切處理能力及自動(dòng)刀具干涉檢查：

　　超過(guò)傳統(tǒng)加工10倍以上切削速度的高速加工，如果發(fā)生過(guò)切，則后果不堪設(shè)想。所以一個(gè)CAM系統(tǒng)必須具有全程自動(dòng)防過(guò)切處理能力。傳統(tǒng)的CAM 統(tǒng)只對(duì)局部的加工編程時(shí)，沒(méi)有考慮整個(gè)工件的情況，這樣極其容易發(fā)生過(guò)切現(xiàn)象。當(dāng)過(guò)切發(fā)生時(shí)，只是靠人工的選擇干預(yù)的方法來(lái)防止，很難保證全局防護(hù)的安全性。另外，高速加工的重要特征之一是能夠使用較小直徑的刀具來(lái)加工零件的細(xì)部結(jié)構(gòu)，CAM系統(tǒng)必須能夠自動(dòng)地提示最短刀具系統(tǒng)（含刀頭、刀柄和刀夾）的長(zhǎng)度，自動(dòng)進(jìn)行刀具干涉檢查。

　　3)CAM 系統(tǒng)應(yīng)該具有進(jìn)給率優(yōu)化處理功能：

　　為了能夠確保最大的切削效率又要保證在高速切削時(shí)加工的安全性， CAM 系統(tǒng)必須有能夠根據(jù)加工時(shí)余量的大小，自動(dòng)調(diào)整進(jìn)給率，保證加工刀具受力狀態(tài)的平穩(wěn)性。

　　4)CAM 系統(tǒng)應(yīng)該具有豐富的符合高速加工要求的加工策略：

　　相比傳統(tǒng)加工方式，高速加工對(duì)工藝走刀方式有其特殊的機(jī)能要求，因而要求相配備的 CAM 系統(tǒng)能夠滿足這些要求。

　　(1) 應(yīng)避免走刀時(shí)刀具軌跡的突然變化，保持加工過(guò)程中刀具軌跡的平穩(wěn)和連續(xù)性，避免突然的加速或減速，導(dǎo)致因局部過(guò)切而造成刀具和設(shè)備的損壞；

　　(2) 下刀或刀行間過(guò)渡部分采用斜式下刀或圓弧下刀，避免直上直下下刀；

    CAM軟件在高速加工下的應(yīng)用（3）

　　(3) 行切的端點(diǎn)采用圓弧連接，避免直線連接；

　　(4) 除非必須使用，應(yīng)盡量避免全刀寬切削；

　　(5) 殘余量加工或清根加工時(shí)，應(yīng)采用多次加工或采用系列刀具從大到小分次加工，避免用小刀一次加工完成；

　　(6) 為了避免多余的空刀造成重復(fù)計(jì)算，對(duì)CAM系統(tǒng)的刀具軌跡編輯優(yōu)化功能要求很高，通過(guò)這些功能對(duì)刀具軌跡進(jìn)行鏡像、復(fù)制、旋轉(zhuǎn)等操作，還可以精確裁減空刀數(shù)量以提高效率。
此外，還可以對(duì)零件的局部變化進(jìn)行編程和計(jì)算，無(wú)須每一次都對(duì)整個(gè)模型重新編程。

　　5)CAM系統(tǒng)應(yīng)該具有嶄新的編程方式：

　　雖然采用高速加工設(shè)備后，對(duì)編程人員的需求量增加，但是CAM 系統(tǒng)的使用將是越來(lái)越簡(jiǎn)單和方便化，應(yīng)更貼近于車間加工操作人員，而不是更多地依靠技術(shù)工程師坐在設(shè)計(jì)中心的大樓里編寫“理論”程序。隨著 CAM 技術(shù)智能化水平提高，編程人員只需輸入加工工藝就可以完成自動(dòng)化的編程操作，程序編制的復(fù)雜程度與零件的復(fù)雜程度無(wú)關(guān)，只與加工工藝有關(guān)，故非常易于掌握和學(xué)習(xí)。

　　3 結(jié)語(yǔ)

　　高速加工是發(fā)展制造業(yè)的必經(jīng)之路，只有在不斷借鑒傳統(tǒng)加工方式的優(yōu)點(diǎn)，充分利用信息技術(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化CAM軟件的基礎(chǔ)上，才能保證最大化發(fā)揮機(jī)床、刀具和數(shù)控系統(tǒng)功能和加工效率，實(shí)現(xiàn)真正意義上的高速加工。從而快速、準(zhǔn)確地生產(chǎn)出高質(zhì)量的零件和產(chǎn)品。