PowerMILL高速銑削加工技術在模具製造中的應用

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高速銑削加工 銑削加工 模具製造    時間:2014-03-12 11:09:26
PowerMILL高速銑削加工技術在模具製造中的應用簡介
摘要:介紹了DELCAMPowerMiLL的高速銑削加工策略,並通過實例,較為詳細地講述了運用PowerMill進行數控加工的過程。關鍵詞:Delcam……
PowerMILL高速銑削加工技術在模具製造中的應用正文

摘要:介紹了DELCAMPowerMiLL的高速銑削加工策略,並通過實例,較為詳細地講述了運用PowerMill進行數控加工的過程。
關鍵詞:Delcam;PowerMill高速銑削;加工策略
1引言
隨著塑料工業的快速發展,塑料模具行業取得長足進步,當前塑料模具正朝著大型化、複雜化、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。PowerMILL是英國DELCAMPLC公司開發的專業化高速銑削加工軟體,適用於具有複雜形體的產品、零件及模具的設計製造,廣泛地應用於航空航天、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、大型覆蓋件衝壓模、玻璃模具等設計與製造具有明顯的優勢.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,成就了其作為基於知識的數控編程軟體行業中的領先地位;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。為了縮短模具設計製造周期,提高加工精度,採用了基於PowerMILL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於模具製造行業之中。高速切削的基本出發點是利用高速低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,以減少零件的熱變形;低負荷切削意味著可通過減小切削深度而減輕切削力,從而減少切削過程中的振動和變形。
同傳統銑削相比,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體也是至關重要的;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刀具不能與零件產生碰撞;②避免材料切除率的突然變化;③切削方式(順銑或逆銑)應保持恆定;④應避免切削方向的突然變化;⑤盡量減少刀具的空程移動。
2PowerMILL高速加工策略
(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,並為半精加工準備工件的幾何輪廓。PowerMILL的粗加工採用區域清除方式,其下切或行間過渡部分應該採用斜式下刀或圓弧下刀,並且盡量採取順銑的加工方式,刀具路徑的尖角處要採用圓角的光順處理,這樣才可能地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PowerMILL的粗加工中應採用以下加工策略: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(RaceLineMachining)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,刀具保持了恆定刀具負荷和排屑率,使得刀具負荷更加穩定,改善加工質量;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,採用擺線加工,可顯著提高加工效率,延長刀具壽命,減少對機床的衝擊。
(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。PowerMILL是基於知識的專業加工軟體,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台階的層間進行切削,系統智能地優化刀具路徑,使用戶能夠獲得空走刀最少的優化的刀具路徑。
(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的工件。PowerMILL的精加工的連接處應盡量採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的變化。同時在PowerMILL的精加工應盡量採用以下加工策略:①優化平行加工,在刀具路徑的尖角處採用圓角的光順處理,可顯著提高加工效率,延長刀具的壽命,減少對機床的衝擊;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的突然改變,從而提高加工速度,減少刀具磨損;③最佳等高加工,PowerMILL系統會自動利用區域分析演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,並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。
(4)清根加工策略。
PowerMILL和其它的CAM軟體的刀路軌跡基本一致,但是PowerMILL在抬刀、入刀、以及跨越方面提供了較為豐富的選項,PowerMILL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PowerMILL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,PowerMILL的抬刀、入刀以及跨越方面的設置不僅僅對清根有效,他對PowerMILL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。PowerMILL的清根方法有筆式、縫合、沿著、自動、殘餘量清根等,可達到十多種,安全性好,考慮周到。
3編程實例
(1)載入模型。
PowerMILL能夠自身或藉助於PS-Exchange(圖形格式轉換)讀入多達14種以上的常見數控軟體的圖形文件,打開「文件—輸入」模型,載入圖1所示圖形。


圖1工件模型(2)參數設置。
a.毛坯大小的設定。
在PowerMILL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於加工刀具的半徑,同時還要考慮它的加工余量。
b.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於測量和快速準確對刀的位置;根據機床坐標系和零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PowerMILL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。
c.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。
d.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PowerMILL按安全高度重設自動生成。相對高度設置為掠過。
e.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。
f.切入切出和連接方式的設定。
高速加工時切入切出採用圓弧或螺旋等方式連接。
g.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於編程時對刀具的選用和檢查。本例選取了4把刀(D10、D6R2、D4R2、D4),圖2所示為進行了相關設置的模型圖。
圖2根據工件的大小設置合適的毛坯尺寸(3)加工策略。
根據加工要求,本例採用粗加工→半精加工→精加工→清角加工的加工順序。
a.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,然後再進行半精加工。
圖3所示為採用φ10mm的平刀,偏置區域清除之賽車線加工得到的刀軌。b.半精加工策略。
半精加工採用偏置區域清除之殘留加工方式,選用φ6R3mm的圓刀,將粗加工余量均勻化,以便進行精加工操作。
c.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5示為採用φ4R2mm的球刀,最佳等高加工方式得到的刀軌。
圖5二次開粗加工軌跡圖d.清角加工。
清角加工也稱為局部精加工。清角加工採用多次加工或系列刀具從大到小的加工策略。圖5所示為採用φ4mm的平刀,自動清角加工方式得到的刀軌。通過PowerMILL的模擬功能,得到的加工效果如圖6所示。e.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
4結束語
PowerMILL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PowerMILL在高速銑削加工中的應用。
參考文獻
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[4]黃曉峰,葛友華,倪驍驊.PowerMILL在模具高速加工中的應用[J].工具技術,2007(01).    

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