基于高速切削CAM编程问题及对策探析

　　高速加工能大幅提升机械加工的生产效率，其整体加工效率能提高几倍乃至几十倍，是现代加工的一个发展方向。与此同时，高速加工同数字控制加工相结合，形成了现代化的高速加工。高速加工不仅仅能提升加工速度，而且同常规加工相比还具有诸多优势，如：其效率是普通机床的数倍或数十倍，能够大幅节约加工周期；能够提升加工精度，同时能够在相同的时间内切削更多次数，且每次切削用量可以调小，因此能够获得更好的精度；除此之外，高速加工还有能耗低、节省制造资源、获得很高加工表面完整性、能够对加工生产进行管理等优势。

　　但是，现在的CAM加工方法都是基于传统加工的基础上，对于新的材料，新的工艺，特别是在高速切削的应用中，很少能够能够体现出CAM的优势。因此，本文对高速切削加工的关键技术进行分析，并在此基础上针对高速切削CAM编程中存在的问题及其对策进行研究，给出了具体的思路。

1 高速切削加工关键技术

　　高速切削加工的关键技术有很多，例如，加工工件的材料如何去除、加工的走刀路径的选择以及加工过程中的工艺参数问题等，如果没有将上述问题了解清楚，就无法实现高速切削。在CAM系统中进行高速切削同样也会遇到上述的问题，如果没有对其很好的理解，也无法在实际加工中获得良好的加工效果。以下简要介绍这几个关键技术：

　　(1)材料的去除方式

　　材料的去除方式，决定于加工工件的外形是二维的还是三维的。对于二维的工件，通过控制两个方向的走刀就能够实现其切削。而如果是三维的工件则至少需要在三个方向都进行精确的控制走刀，所以这种材料去除则需要对数控机床的硬件及其控制都有很高的要求。

　　(2)刀具的选择

　　在高速切削过程中，刀具的作用至关重要。由于高速切削的速度很快，对于刀具的磨损也势必增加。一旦刀具磨损严重就无法按照预期的线路进行切削或者要达到预期的切削程度，就需要增加切削次数或切削深度，影响切削效率。同时，高速切削过程中由于速度较快，使得刀具具备较高的动能，对于变向或改变切削状态，会存在较大的惯性力，形成一个加速度，这个加速度会对刀具形成较大的振动与冲击。因此刀具还应该具有一定的吸振能力，以保证切削过程的正常进行。

　　(3)高速加工编程的实现

　　高速切削的精度一般是靠较小的切削用量，较大的切削速度开展进行的。所有的切削都是靠编程实现刀具和工件的相对运动。如何合理的编制加工程序，让刀具在高速运动过程中，保证较小的切削用量是高速加工必须面对的现实。现在的加工程序都是按照毛胚的尺寸减去加工余量来制定，在这个过程中如何保证加工的精确性，需要在编程过程中综合考虑机械加工工艺性的要求。

2 高速切削CAM编程存在的问题及对策

　　(1)CAM系统加工对象信息的不完整性  现在有的CAM系统一般是CAD系统衍生而来的，其获取的数据大部分仅仅是模型的低层几何信息，而模型的几何形状信息（特别是三维表面参数数据）和产品高层的功能信息无法获得。由于CAM本身获得信息的不完整，因此，使用CAM加工过程中必须在经验丰富的制造工程师的指导下，通过图形交互来完成。例如：工件或刀具的约束条件（装夹、干涉和碰撞等）、判定加工对象的特点（点、线、面或实体）、刀具及加工参数（切削方向、切深、进给量、进给速度等）等这些，都必须由制造工程师来进行选择。虽然现在的加工程序中会包含这些参数，但是整个系统的实现需要工程师的高度参与，其智能化程度较低。

　　因此，新的CAM编程系统需要从CAD加工过程中获取更多的信息，才能保证在CAM加工过程中发挥其自主作用性和能动性。而这个问题的解决需要在CAM能够自主实现加工零件对象完整信息的覆盖以及对这些信息的合理排布与应用。

　　(2)CAM系统生成的刀具轨迹的不确定性

　　由于CAM系统生成的程序是以CAD模型为基础生成的，而对于同一个零件的刀具轨迹可以有很多，例如：加工某个端面，可以使用铣削也可车端面，这就会给CAM采取何种方式进行加工带来困扰。与此同时，刀具轨迹的形成需要大量的信息，但是CAD给CAM提供的也只包含低层的几何信息（直线和圆弧的几何定位信息），以及少量的过程控制信息（如进给率、主轴转速、换刀等）。

　　因此，下游的CNC系统无法获取更高层的设计信息（如公差、表面粗糙度等），这样所生成的刀具轨迹仅仅是外在形状的类似，离达到机械加工精度的距离还很远。所以要实现既定的加工精度，就要保证加工刀具轨迹的确定性，使其满足加工要求。

　　(3)CAM系统内部的不统一性

　　现在的CAM系统内部的各个模块是相互独立的，各个模块所处理的内容都有一定的差异，这也造成了产品数据不统一。例如：三维动态仿真只记录刀具轨迹的干涉与碰撞，而不记录与其发生干涉和碰撞的加工对象的加工工艺参数；刀具定位文件只记录刀具轨迹而不记录相应的加工工艺参数等。同一个加工零件的工艺参数在不同的场合里取舍不同，获得的结果也会出现很大的差异。这种内部的不统一性会给最终加工的产品带来不利。

　　因此，要获得较好的加工效果，CAM需在各个环节处理好内部数据的不统一性，保证系统各个处理过程数据的一致性。

　　(4)CAM系统与CAD系统的脱节

　　一般的，CAM系统是在CAD系统的基础上进行加工延续的。很多时候CAM系统是在获得CAD模型后再进行加工，他们之间没有统一的产品数据模型。即使是在一体化的集成CAD/CAM系统中，由于二者存在着先后顺序，其信息的共享也只是单向的和单一的，即由于CAD较CAM有着更高优先级的信息获取权，使得经过CAD的处理之后，CAM系统无法第一时间获取有关产品的全部信息，尤其是与加工有关的特征信息。对于设计人员在CAD系统中，同样也无法获取CAM系统产生的加工数据信息。这就造成设计与加工二者之间存在脱节的状态，这不利于产品按照既定要求实现加工。

3 结束语

　　在今后的工作中，我们需要对高速切削的关键问题进行有针对性的深入研究，将CAD技术与CAM技术有机的融合在一起，对高速切削的加工工艺编程进行优化，才能最大化的提高数控加工效率与精度。