Po wer MILL高速銑削加工技術在模具制造中的應用

王新浩

（新疆天業集團公司技術中心，新疆 石河子832000）

作者：王新浩，男，1974年生，碩士，工程師，從事塑料模具CADCAM的開發與應用及機械加工。

隨著塑料工業的快速發展，塑料模具行業取得了長足進步，當前塑料模具正朝著大型化、復雜化、精密化和多腔化發展。這就對模具的設計者和加工者提出了更高的要求。Power MILL是英國Delcam PLC公司開發的專業化高速銑削加工軟件，適用于具有復雜形體的產品、零件及模具的設計制造，廣泛地應用于航空航天、汽車、船舶、內燃機、家用電器、輕工產品等行業，特別對塑料模、壓鑄模、橡膠模、鍛模、大型覆蓋件沖壓模、玻璃模具等設計與制造有明顯的優勢。其智能化過切保護、刀具過載保護、豐富的高速加工細節處理、刀桿與刀柄碰撞檢查、優化的計算方法等優點，成就了其在作為基于知識的數控編程軟件行業中的領先地位；其專業化及獨有的高速加工策略成為高速銑削數控編程的首選。為了縮短模具設計制造周期，提高加工精度，采用了基于Power MILL的模具高速加工技術。結果表明，通過優化刀具路徑，能適應模具高速加工要求，具有較好的應用價值。數控高速銑削加工技術已廣泛地應用于模具制造行業之中。高速切削的基本出發點是利用高速小負荷狀態更快地切除材料。高速切削的最大特點是主軸轉速及進給速度都很高，高速切削可使大部分的切削熱通過切屑帶走，以減小工件的熱變形；小負荷切削意味著可通過減小切削深度而減小切削力，從而減小切削過程中的振動和變形。

與傳統銑削相比，高速銑削工藝有其特殊性，除了要有高速切削機床和高速切削刀具之外，具有與之相匹配的加工編程軟件也是至關重要的；在選擇了刀具和加工參數后，加工方法的選擇和相應的刀軌規劃就成了關鍵。對高速銑削刀軌的主要要求是：①刀具不能與工件產生碰撞；②避免材料切除率的突然變化；③切削方式（順銑或逆銑）應保持恒定；④應避免切削方向的突然變化；⑤盡量減小刀具的空程移動。

1 Power MILL高速加工策略

1.1 粗加工策略

粗加工的主要目標是追求單位時間內的材料去除率，并為半精加工準備工件的幾何輪廓。Power MILL的粗加工采用區域清除方式，其下切或行間過渡部分應該采用斜式下刀或圓弧下刀，并且盡量采取順銑的加工方式，刀具路徑的尖角處要采用圓角的光順處理，這樣才可能保持刀具負荷的穩定，減少任何切削方向的突然變化，從而符合高速加工的需求。同時在Power MILL的粗加工中應采用以下加工策略：①盡量使用偏置加工策略而不是使用傳統的平行加工策略，在可能的情況下，都應從工件的中心開始向外加工，以盡量減少全刀寬切削；②賽車線加工（Race Line Machining）是Delcam推出的專利高速加工方式，它模擬了賽車的原理，最大化地消除了刀具路徑中的尖銳拐角，刀具保持了恒定刀具負荷和排屑率，使得刀具負荷更加穩定，改善了加工質量；③擺線粗加工是Delcam推出的另外一種高速加工方式，在刀具過載的區域，采用擺線加工，可顯著提高加工效率，延長刀具壽命，減小對機床的沖擊。

1.2 半精加工策略

半精加工的主要目標是使工件輪廓形狀平整，表面精加工余量均勻。Power MILL是基于知識的專業加工軟件，它的殘留粗加工能自動識別上一道工序的殘留區域和拐角區域，自動判別在上一道工序留有的臺階的層間進行切削，系統智能地優化刀具路徑，使用戶能夠獲得空走刀最小的優化的刀具路徑。

1.3 精加工策略

精加工的主要目標是獲得幾何尺寸、形狀精度及表面質量。Power MILL的精加工的連接處應盡量采用圓弧或螺旋等方式切入切出工件，要盡量減少抬刀次數和減少刀具路徑頻繁方向變化。同時在Power-MILL的精加工應盡量采用以下加工策略：①優化平行加工，在刀具路徑的尖角處采用圓角的光順處理，可顯著提高加工效率，延長刀具的壽命，減少對機床的沖擊；②螺旋3D偏置加工，避免了平行加工策略和偏置加工策略中出現的頻繁方向改變，從而提高加工速度，減少刀具磨損；③最佳等高加工，Power MILL系統會自動利用區域分析算法對陡峭和平坦區域分別處理，計算適合等高及適合使用類似3D偏置的區域，并且同時可以使用螺旋方式，在很少抬刀的情況下生成優化的刀具路徑，獲得更好的表面質量；④等粗糙度等高加工，按照殘留量，自動計算等高刀具路徑的下切步距，可顯著提高加工效率和曲面加工質量。

1.4 清根加工策略

Power MILL和其它的CAM軟件的刀路軌跡基本一致，但是Power MILL在抬刀、入刀、以及跨越方面提供了較為豐富的選項。Power MILL通過提前在“刀具切入切出和連接表格中”設置參數，可將刀軌之間的連接分為短連接、長連接、以及安全高度三種方式。其中短連接中可以選擇“在曲面上、掠過、相對、安全高度”等七種跨越方式。長連接和安全高度也分別提供了“安全高度、相對、掠過”三種跨越方式。而且Power MILL自動將所有的退刀和跨越都設置成快速移動，這樣提高了加工效率，節省了加工時間。在入刀方面也可以設置最小安全平面，在刀具到達最小安全平面前，刀具都以快速移動方式移動。特別值得注意的是，Power MILL的抬刀、入刀以及跨越方面的設置不僅僅對清根有效，還對Power MILL提供的一切加工功能都起作用，大大方便了我們在抬刀、入刀以及跨越方面的使用。Power-MILL的清根方法有筆式、縫合、沿著、自動、殘余量清根等，可達十多種，安全性好，考慮周到。

2 編程實例

2.1 載入模型

Power MILL能夠自身或借助于PS—Exchange（圖形格式轉換）讀入多達14種以上的常見數控軟件的圖形文件，打開“文件—輸入”模型，載入圖1所示圖形。

2.2 參數設置

（1）毛坯大小的設定 在Power MILL中，毛坯擴展值的設定很重要。如果該值設得過大將增大程序的計算量，大大增加編程的時間；如果設得過小，程序將以毛坯的大小為極限進行計算，這樣很有可能有的型面加工不到位。所以，毛坯擴展的設定一般要稍大于加工刀具的半徑，同時還要考慮它的加工余量。

（2）坐標系的設定 建立加工坐標系有以下原則：一般情況下應與工作坐標系一致；坐標原點要定在有利于測量和快速準確對刀的位置；根據機床坐標系和工件在機床上的位置確定加工坐標軸的方向。根據以上原則，通過Power MILL用戶坐標系功能將工作坐標系與加工坐標系重合，坐標原點定在工件X—Y平面的分中處，Z方向可根據情況設置在工件的最高處或最低處。

（3）進給率的設定 進給率的設定較為方便，可根據加工情況而定。

（4）快進高度的設定 快進高度包括兩項：安全高度和開始高度。安全高度的設置，一般按Power MILL按安全高度重設自動生成，開始高度設置為掠過。

（5）開始點與結束點的設定 選擇“按毛坯中心安全高度”設置開始點及結束點。

（6）切入切出和連接方式的設定 高速加工時切入切出采用圓弧或螺旋等方式連接。

（7）刀具的設定 刀具的設定可根據加工情況進行，在設定刀具時，最好將刀具名稱設為與刀具大小相同，這樣的命名方式有利于編程時對刀具的選用和檢查。本例選取了4把刀（D10、D6R2、D4R2、D4）。

2.3 加工策略

根據加工要求，本例采用粗加工→半精加工→精加工→清角加工的加工順序。

（1）粗加工策略

粗加工選用偏置區域清除加工方式，將毛坯的大部分余量去除掉，然后再進行半精加工。圖3和圖4所示為采用φ10 mm的平刀，偏置區域清除之賽車線加工得到的刀軌。

（2）半精加工策略

半精加工采用偏置區域清除之殘留加工方式，選用φ6 mm的球頭刀，將粗加工余量均勻化，以便進行精加工操作。如圖5所示。

（3）精加工

在精加工中，除非模具型面高度變化比較大，否則最好選擇平行加工。因為平行加工不但計算速度快，而且刀具路徑光順，加工出的模具型面質量好。但平行方式會在局部型面產生步距不均的現象。對模具型面高度變化比較大的，加工策略選用最佳等高、三維偏置等策略。圖6示為采用φ4 mm的球頭刀，最佳等高加工方式得到的刀軌。

（4）清角加工

清角加工也稱為局部精加工。清角加工采用多次加工或系列刀具從大到小的加工策略。圖7為采用φ4 mm的平刀，自動清角加工方式得到的刀軌。通過Power MILL的仿真功能，得到的加工效果如圖8所示。

（5）檢查工件，編輯程序

如：這是二次開粗用的一段程序：

%

：0002

N10G91G28X0Y0Z0

N20G40G17G80G49

N30G0G90Z15

N40T3M6

N50G54G90

……

N440X45.839Y44.761S1500M3

N450G43Z10.H3M8

N460G1Z—.099F500

N470X45.937Y44.779F1000

N480X47.132Y44.767

N490X48.327Y44.729

N500X48.363Y44.743

N510X48.379Y44.779

N520Y45.442

N530X49.299Y46.325

N540X50.Y46.81

N550X50.751Y46.325

N560X51.543Y45.442

N570Y44.558

N580X50.751Y43.675

N590X50.Y43.296

……

N3350X11.874Y23.23

N3360G0Z15

N3370M9

N3380G91G28Z0

N3390G49H0

N3400G28X0Y0

N3410M30

3 結語

Power MILL是Delcam開發的一個獨立運行的高速CAM系統。它可由輸入的模型快速產生無過切的刀具路徑。通過以上實例，較為詳細地說明了Power MILL在高速銑削加工中的應用。

［1］韓永軍.Power MILL與模具高速加工技術［J］.制造技術與機床，2003（12）：68—70.

［2］艾興，等.高速切削加工技術［M］北京：國防工業出版社，2003.

［3］吳光明.模具高速銑削加工技術［J］CAD/CAM與制造業信息化，2006（2）：112—118.

［4］黃曉峰，葛友華，倪驍驊.Power MILL在模具高速加工中的應用［J］.工具技術，2006，40（7）：48—51.