基于CAD/CAM的高速加工編程策略研究

門超 柴增田

摘? ?要：針對傳統數控加工效率低的問題，通過引進基于MasterCAM的CAD/CAM高速加工技術，文章在對高速加工技術進行深入分析的基礎上，有針對性地提出了高速加工編程策略，該編程策略的應用能顯著提高產品的加工效率，減少刀具磨損，延長刀具使用壽命。

關鍵詞：CAD/CAM;高速加工;編程策略

隨著數控加工技術的不斷發展，高速加工（High Speed Machining，HSM）技術應運而生，已廣泛應用于航空、模具、汽車等制造領域，其特點是生產效率高、切削速度快、刀具路徑順滑、負載平穩等。與傳統切削技術相比，高速切削速度提高了5～10倍，單位時間材料切除率提高了3～6倍，因而產品生產周期顯著降低，企業的市場競爭力大大增強。

高速加工技術是一項復雜的系統工程，是集機床、刀具、切削工藝、計算機輔助設計/計算機輔助制造（Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing，CAD/CAM）技術于一體的綜合加工技術。作為CAD/CAM技術的重要載體，CAD/CAM軟件在高速加工中發揮了關鍵作用。作為CAD/CAM軟件的佼佼者，MasterCAM除了具備高速加工功能外，還具有操作簡便、價格適中、模擬仿真質量高等特點。因此，深受制造類企業的廣泛歡迎。

1? ? 高速加工特點

與傳統加工相比，高速加工在加工工藝、刀具路徑控制、刀具切入切出優化等方面具有獨特的要求，因此，應有新的加工策略。

1.1? 保持刀具路徑的光滑、平穩

高速加工的刀具路徑應保持光滑、平穩，避免出現刀具頻繁加、減速的情況，尤其是刀具在零件的拐角處，如處理不當，會造成刀具出現停滯感，使表面形成微型刀痕，從而影響其表面質量。因此，應對刀具路徑進行精確控制與優化。

1.2? 保持基本恒定的刀具負載

高速加工的刀具負載應力求均衡、穩定，避免出現劇烈變化，造成對機床、刀具和零件的沖擊，影響刀具的使用壽命和零件的表面質量，因此，應對刀具的負載進行設置和優化。

1.3? 利用仿真功能，對刀具的加工過程進行實時檢驗

通過仿真工具，對刀具運行軌跡進行有效檢驗，避免在加工中出現撞刀、過切、欠切等事故，因而應提高編程質量[1]。

2? ? 高速加工編程策略

高速加工編程基本策略對提高切削效率和零件表面質量具有重要作用，具體如下。

2.1? 合理的圓角處理工藝

復雜零件上往往會有一些拐角或細小曲面，高速加工時，刀具的進出速度快、切削效率高，因而對零件拐角或細小曲面造成一定慣性沖擊。圖1為汽車儀表板模具下模，其內部有大量細小溝槽和拐角曲面[2]。為實現高速加工，應選取曲面高速加工（殘料區域粗切）作為二次開粗，所用刀具為D6R0.5，在“切削參數”選項的“刀具在拐角處走圓角”處設置相應參數，如圖2所示。從而避免刀具高速運動下對機床、刀具造成的沖擊與損害。圖3為未設置圓角過渡的刀具路徑示意，圖4為設置圓角過渡的刀具路徑示意。

2.2? 合理的進退刀處理工藝

合理的刀具進退刀處理對提高零件表面質量、降低刀具接痕、避免刀具對零件接觸點造成沖擊具有重要作用，而當該刀具直接從零件上方進刀時，進刀方式應為螺旋進刀方式或斜插進刀方式。

2.3? 合理設置刀具路徑區段間的過渡方式

高速加工中的刀具路徑間應力求圓滑過渡，以減少刀具轉向對機床、刀具和零件造成沖擊，通常采用圓弧連接的方式實現路徑區段間的光滑過渡[3]。

2.4? 合理設置刀具負載參數

合理設置刀具負載參數，可有效避免刀具滿刃切削對刀具、零件和機床造成沖擊，提高刀具的使用壽命，減少機床的震動。以曲面高速加工（區域粗切）的擺線加工為例，擺線加工時，刀具始終沿著連續的圓弧曲線運動，刀具在運動中沒有突然變向，機床在加工過程中始終保持連續進給速度狀態，其材料切削率基本保持恒定，因此，特別適合高硬材料的高速加工，能顯著延長刀具的使用壽命[4]。圖5為采用擺線加工前后的對比示意。

圖5? 采用擺線加工前后的對比示意

2.5? 合理設置圓弧過濾/公差

曲面加工質量與圓弧過濾/公差密切相關，其參數設置的優劣直接影響著零件的加工質量和效率。粗加工時，應優先考慮刀具路徑計算時間和實際加工時間，因此，公差應設置大一些。而精加工時，應優先考慮曲面的加工質量，因此，刀具的參數應設置小一些。

2.6? 利用實體仿真功能實現加工過程的全程監控

利用MasterCAM的交互式模擬仿真功能對高速加工全程檢驗，是一項零成本、無切削的加工檢驗技術，能有效防止切削路徑、切削參數設置不當而引發的過切、欠切、碰撞等事故。需要注意的是在仿真之前，應首先對實體驗證的停止條件與碰撞條件進行詳細設置，否則碰撞檢查將不會啟動。

3? ? 結語

基于MasterCAM的CAD/CAM高速加工策略，通過實際應用和不斷完善，其零件加工效率、表面精度明顯優于傳統加工方法，且日臻完美。其加工策略特別適合結構復雜、細小溝槽與曲面眾多的零件加工，因此，應用前景十分廣闊。

[參考文獻]

[1]張少杰.基于PowerMill的高速加工編程技術研究[J].機械工程與自動化，2013（4）：179-181.

[2]關興舉.Pro/ENGINEER塑料模具設計[M].北京：人民郵電出版社，2006.

[3]溫石化.基于MasterCAM X6的高速切削優化[J].模具制造，2014（5）：88-90.

[4]陸春偉.基于MastercanX9的2D高速刀路的研究[J].現代制造技術與裝備，2017（9）：56-57.

Research on programming strategy of high speed machining based on CAD/CAM

Men Chao， Chai Zengtian

（Chengde Petroleum College， Chengde 067000， China）

Abstract：Aiming at the problem of low efficiency of traditional NC machining， by introducing CAD/CAM high-speed machining technology based on MasterCAM， and on the basis of in-depth analysis of high-speed machining technology， a high-speed machining programming strategy is put forward. The application of this programming strategy can significantly improve the processing efficiency of products， reduce tool wear and prolong tool life.

Key words：computer aided design/computer aided manufacturing; high speed machining; programming strategy