PowerMILL高速铣削加工技术在模具制造中的应用

1 引言

　　 随着塑料工业的快速发展，塑料模具行业取得长足进步，当前塑料模具正朝着大型化、复杂化、精密化和多腔化发展。这就对模具的设计者和加工者提出了更高的要求。PowerMILL是英国DELCAM PLC公司开发的专业化高速铣削加工软件，适用于具有复杂形体的产品、零件及模具的设计制造，广泛地应用于航空航天、汽车、船舶、内燃机、家用电器、轻工产品等行业，特别对塑料模、压铸模、橡胶模、锻模、大型覆盖件冲压模、玻璃模具等设计与制造具有明显的优势，其智能化过切保护、刀具过载保护、丰富的高速加工细节处理、刀杆与刀柄碰撞检查、优化的计算方法等优点，成就了其作为基于知识的数控编程软件行业中的领先地位；其专业化及独有的高速加工策略成为高速铣削数控编程的首选。为了缩短模具设计制造周期,提高加工精度，采用了基于PowerMILL的模具高速加工技术。结果表明，通过优化刀具路径，能适应模具高速加工要求，具有较好的应用价值。

　　 数控高速铣削加工技术已广泛地应用于模具制造行业之中。高速切削的基本出发点是利用高速低负荷状态更快地切除材料。高速切削的最大特点是主轴转速及进给速度都很高，高速切削可使大部分的切削热通过切屑带走，以减少零件的热变形；低负荷切削意味着可通过减小切削深度而减轻切削力，从而减少切削过程中的振动和变形。

　　 同传统铣削相比，高速铣削工艺有其特殊性，除了要有高速切削机床和高速切削刀具之外，具有与之相匹配的加工编程软件也是至关重要的；在选择了刀具和加工参数后，加工方法的选择和相应的刀轨规划就成了关键。

　　 对高速铣削刀轨的主要要求是：

　　 ①刀具不能与零件产生碰撞；

　　 ②避免材料切除率的突然变化；

　　 ③切削方式(顺铣或逆铣) 应保持恒定；

　　④应避免切削方向的突然变化；

　　 ⑤尽量减少刀具的空程移动。

2 PowerMILL高速加工策略

　　 (1)粗加工策略。

　　 粗加工的主要目标是追求单位时间内的材料去除率，并为半精加工准备工件的几何轮廓。PowerMILL的粗加工采用区域清除方式，其下切或行间过渡部分应该采用斜式下刀或圆弧下刀，并且尽量采取顺铣的加工方式，刀具路径的尖角处要采用圆角的光顺处理，这样才可能地保持刀具负荷的稳定，减少任何切削方向的突然变化，从而符合高速加工的需求。同时在 PowerMILL的粗加工中应采用以下加工策略：

　　①尽量使用偏置加工策略而不是使用传统的平行加工策略。在可能的情况下，都应从工件的中心开始向外加工，以尽量减少全刀宽切削；

　　②赛车线加工(Race Line Machining)是Delcam推出的专利高速加工方式，它模拟了赛车的原理，最大化地消除了刀具路径中的尖锐拐角，刀具保持了恒定刀具负荷和排屑率，使得刀具负荷更加稳定，改善加工质量；

　　 ③摆线粗加工是Delcam推出的另外一种高速加工方式。在刀具过载的区域，采用摆线加工，可显著提高加工效率，延长刀具寿命，减少对机床的冲击。

　　 (2)半精加工策略。 

　　 半精加工的主要目标是使工件轮廓形状平整，表面精加工余量均匀。PowerMILL是基于知识的专业加工软件，它的残留粗加工能自动识别上一道工序的残留区域和拐角区域，自动判别在上一道工序留有的台阶的层间进行切削，系统智能地优化刀具路径，使用户能够获得空走刀最少的优化的刀具路径。

　　 (3)精加工策略。

　　精加工的主要目标是获得几何尺寸、形状精度及表面质量的工件。PowerMILL的精加工的连接处应尽量采用圆弧或螺旋等方式切入切出工件，要尽量减少抬刀次数和减少刀具路径频繁方向的变化。同时在PowerMILL 的精加工应尽量采用以下加工策略：

　　 ①优化平行加工，在刀具路径的尖角处采用圆角的光顺处理，可显著提高加工效率，延长刀具的寿命，减少对机床的冲击；

　　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现的频繁方向的突然改变，从而提高加工速度，减少刀具磨损；

　　 ③最佳等高加工，PowerMILL系统会自动利用区域分析算法对陡峭和平坦区域分别处理，计算适合等高及适合使用类似3D偏置的区域，并且同时可以使用螺旋方式，在很少抬刀的情况下生成优化的刀具路径，获得更好的表面质量；

　　 ④等粗糙度等高加工，按照残留量，自动计算等高刀具路径的下切步距，可显著提高加工效率和曲面加工质量。

　　(4)清根加工策略。

　　PowerMILL和其它的CAM软件的刀路轨迹基本一致，但是PowerMILL在抬刀、入刀、以及跨越方面提供了较为丰富的选项，PowerMILL通过提前在“刀具切入切出和连接表格中”设置参数，可将刀轨之间的连接分为短连接、长连接、以及安全高度三种方式，其中短连接中可以选择“在曲面上、掠过、相对、安全高度”等七种跨越方式，长连接和安全高度也分别提供了“安全高度、相对、掠过”三种跨越方式，而且PowerMILL自动将所有的退刀和跨越都设置成快速移动，这样提高了加工效率，节省了加工时间，在入刀方面也可以设置最小安全平面，在刀具到达最小安全平面前，刀具都以快速移动方式移动，特别值得注意的是，PowerMILL的抬刀、入刀以及跨越方面的设置不仅仅对清根有效，他对PowerMILL提供的一切加工功能都起作用，大大方便了我们在抬刀、入刀以及跨越方面的使用。PowerMILL的清根方法有笔式、缝合、沿着、自动、残余量清根等，可达到十多种，安全性好，考虑周到。