CAM软件在高速加工下的应用旋覆花

CAM软件在高速加工下的应用 (1)
高速加工 (High Speed Machining，简称HSM)，是相对传统加工系统而言，通过高性能的机床，以通常意义上的几倍，甚至几十倍的加工速度来实现对工件的高精度、高效率加工，最终达到提高生产率的目的。
实用的高速加工技术是与先进数控自动生产线、刀具(工具)、数控机床(设备)、夹具等硬件以及先进的管理模式、技术、理念等软件相辅相成的。而一旦上述软硬件具备后，CAM的质量与应用便成为影响高速切削加工的主要因素。

引言

高速加工 (High Speed Machining，简称HSM)，是相对传统加工系统而言，通过高性能的机床，以通常意义上的几倍，甚至几十倍的加工速度来实现对工件的高精度、高效率加工，最终达到提高生产率的目的。实用的高速加工技术是与先进数控自动生产线、刀具(工具)、数控机床(设备)、夹具等硬件以及先进的管理模式、技术、理念等软件相辅相成的。而一旦上述软硬件具备后，CAM的质量与应用便成为影响高速切削加工的主要因素。

1 高速加工的特点

随着技术的发展，高速加工的概念也在不断变化，一般而言，高速加工除了具有高的切削速度和主轴转速外，还应具有高的进给速度。对于不同的切削材料和不同的切削方式，高速加工定义的切削速度的范围不尽相同。对于切削铝、镁合金，切削速度大于1000m/min可称为高速加工，而对于加工铸铁或钢，切削速度大于305m/min就可以称为高速加工了。一般精铣加工进给速度可达到5000一15000m/min，快速进给速度可以达到20000一60000m/min。高速加工是体现高切削速度、高进给率和高精度加工的技术。

高速加工具有以下典型特点：
首先，小切削恒定负荷，快速走刀。高速加工需要恒定的机床负载以及恒定的材料去除率；从而充分发挥高速机床和刀具的切削效率；

其次，刀尖切削线速率非常高，主要来自主轴转速和刀具尺寸；高速加工需要更多的加工工序，即每次切削的深度都相对的浅；

此外，高速加工可直接加工淬火材料，高速加工时应避免尖角运动。

和传统的切削加工相比： 以加工航空发动机锁片模具为例，高速加工一般只需要5道工序：即毛坯淬火处理、粗加工、精加工、超精加工和局部抛光；而传统加工则需要 8 道以上的工序：即毛坯退火、粗加工、半精加工、淬火处理、电极加工、电加工、局部精加工和人工抛光。通过实测，高速加工时材料去除的速度应为传统加工的4倍以上，这样既提高了加工的速度，又省去了钳工手工打磨的时间，且工件表面加工质量的提高还省掉了修光和电火花等工序的时间。

当然，高速加工的实现首先依赖于高速加工的“载体&檀梨属rdquo;——机床。针对不同的加工要求，要适当地选择机床加工场地的大小、具有高速及预处理能力的数控系统、保证低速的高扭矩和高速的切削力的机床主轴、座标轴的驱动装置、导轨设计、冷却处理技术和精密位置测量技术等。还要根据被加工工件的体积、硬度、几何形状以及排屑量等情况，适当选择加工轴的数量，使加工过程中机床一直保持着优良的动态性能和稳定性。

高速加工时刀具的选择也至关重要。刀具的径向跳动要小于0.015毫米，而切削刃的长勒布箭竹度不能大于4倍的刀腺果香芥具直径。根据实际加工环境要优先采用特殊涂层的刀具。对于刀具材料（包括硬度、韧性、红硬性（高温状态下保持切削性能）），刀具的形状（包括排屑性能、表面精度、动平衡性等）以及刀具寿命都有很高的要求。

有了“高技术”的机床和高速刀具系统做保障，需要辅之以更先进可靠的CAM软件才能实现真正意义上的“高速加工”。
CAM软件在高速加工下的应用（2）

2 高速加工对CAM软件的要求

CAM是现阶段计算机辅助制造软件的统称，它和好的机床和刀具系统配合，便可高速和高效地加工出合适的零件。
使用好CAM比使用好CAD，在对于人的素质方面会要求更高。使用CAD软件时只要有一台个人电脑就行，而对于CAM 来说，操作者不但需要具备电脑知识而且需要具备工艺知识、加工经验，了解加工母机的性能、了解装夹零件的要求、了解测量和检测、了解刀具性能 …… 对于CAD系统来说，一旦设计错误(尚未提交加工制造前），可以完全推倒重来或进行某些局部的修改和调整，损失的只是时间；对于CAM来说，在加工时一旦发生错误，损失的不仅仅是时间，还会有毛坯的报废、刀具系统甚至是机床母机的损坏。所以，世界上着名的CAM软件提供厂商，一直在致力于CAM系统高效加工与安全性的研究。

高速加工有着与传统加工不一样的工艺要求。数控加工的指令应该包含了所有的工艺过程，因此，用于高速加工的CAM数控自动编程系统需要有其特殊的功能考虑。为了使软件和设备能够协调“高速”，必须使软件具有以下功能：

1)CAM 系统应该具有高计算量的编程速度：

高速加工中采用极小的进给量和切深，单步量大，故数控程序比传统的程序要大得多，没有很高的运算处理能力是无法配合机床运动以及数控系统的执行速度的。快的编程速度使操作人员能够对多种加工策略进行比较，采取适当的工艺方法，对刀具轨迹进行编辑、调整和优化，以达到最佳的加工效率。

2)CAM系统应该具有全程自动防过切处理能力及自动刀具干涉检查：

超过传统加工10倍以上切削速度的高速加工，如果发生过切，则后果不堪设想。所以一个CAM系统必须具有全程自动防过切处理能力。传统的CAM 统只对局部的加工编程时，没有考虑整个工件的情况，这样极其容易发生过切现象。当过切发生时，只是靠人工的选择干预的方法来防止，很难保证全局防护的安全性。另外，高速加工的重要特征之一是能够使用较小直径的刀具来加工零件的细部结构，CAM系统必须能够自动地提示最短刀具系统（含刀头、刀柄和刀夹）的长度，自动进行刀具干涉检查。

3)CAM 系统应该具有进给率优化处理功能：

为了能够确保最大的切削效率又要保证在高速切削时加工的安全性， CAM 系统必须有能够根据加工时余量的大小，自动调整进给率，保证加工刀具受力状态的平稳性。

4)CAM 系统应该具有丰富的符合高速加工要求的加工策略：

相比传统加工方式，高速加工对工艺走刀方式有其特殊的机能要求，因而要求相配备的 CAM 系统能够满足这些要求。

(1) 应避免走刀时刀具轨迹的突然变化，保持加工过程中刀具轨迹的平稳和连续性，避免突然的加速或减速，导致因局部过切而造成刀具和设备的损坏；

(2) 下刀或刀行间过渡部分采用斜式下刀或圆弧下刀，避免直上直下下刀；

CAM软件在高速加工下的应用（3）

(3) 行切的端点采用圆弧连接，避免直线连接；

(4) 除非必须使用，应尽量避免全刀宽切削；

(5) 残余量加工或清根加工时，应采用多次加工或采用系列刀具从大到小分次加工，避免用小刀一次加工完成；

(6) 为了避免多余的空刀造成重复计算，对CAM系统的刀具轨迹编辑优化功能要求很高，通过这些功能对刀具轨迹进行镜像、复制、旋转等操作，还可以精确裁减空刀数量以提高效率。
此外，还可以对零件的局部变化进行编程和计算，无须每一次都对整个模型重新编程。

5)CAM系统应该具有崭新的编程方式：

虽然采用高速加工设备后，对编程人员的需求量增加，但是CAM 系统的使用将是越来越简单和方便化，应更贴近于车间加工操作人员，而不是更多地依靠技术工程师坐在设计中心的大楼里编写“理论”程序。随着 CAM 技术智能化水平提高，编程人员只需输入加工工艺就可以完成自动化的编程操作，程序编制的复杂程度与零件的复杂程度无关，只与加工工艺有关，故非常易于掌握和学习。

3 结语

高速加工是发展制造业的必经之路，只有在不断借鉴传统加工方式的优点，充分利用信息技术，进一步优化CAM软件的基础上，才能保证最大化发挥机床、刀具和数控系统功能和加工效率，实现真正意义上的高速加工。从而快速、准确地生产出高质量的零件和产品。