基于PowerMILL的模具高速加工方法与实验研究

1 引言

　　高速加工是近年来迅速崛起的先进制造技术，对模具制造业产生了巨大的影响，成为模具型腔数控加工的重点发展方向之一。模具零件常常具有高硬度、带有狭窄沟槽或拐角的复杂型腔或薄壁结构，高速加工实现了模具行业用小型刀具，小切深进行加工的可能性，也令窄槽以及复杂型面的加工可选择铣削来取代电加工。与常规数控切削加工方式相比。高速加工可以几倍甚至十几倍地提高加工效率；可以获得更高质量的加工表面；可以直接加工淬硬材料，省去电加工，大大简化了加工工序，从而降低生产成本。然而，高速加工并不是简单地使用现有刀具路径，通过提高主轴转速和进给率实现。而是在充分发挥高速机床的性能和刀具的切削效率的基础上，以小的径向和轴向背吃刀量、较小而恒定的切削负荷、高出普通数控切削几倍的切削速度和进给速度完成对工件的加工。

　　以下以定模板加工过程为例，在PowerMILL环境下，详述不同加工阶段（包括粗加工、半精加工、精加工三个阶段）高速加工工艺方法和策略。

　　零件形状如图1所示。零件材料：CD钢，材料硬度：HRC45-HRC50，外形尺寸：240mm×240mm×60mm。最小圆角半径1mm。刀具材料：涂层硬质含金。机床型号：DMC-DMU40T。

    图1 定模板

2 粗加工

　　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。目前大多数使用者习惯于在精加工的时候使用高速加工，其实在粗加工的时候使用高速切削可以更快地去除加工余量，更应该推广使用。粗加工时，其表面质量和轮廓精度要求并不高。减小刀具损耗和减少空刀是重点，并且尽量采取顺铣的加工方式。

　　本例粗加工首先使用PowerMILL的偏置区域清除策略，螺旋式下刀。然后，勾选高速加工选项中的“轮廓光顺”，如图2所示。可使刀路在轨迹折弯处圆弧过渡，如图3中的①处所示。勾选“光顺余量”，可使刀路在远离尖角处用光滑的圆弧代替直线段刀路（即赛车线加工方法）。避免加工方向的突然改变导致刀具载荷的急剧变化，如图3中的②处所示。赛车线加工是PowerMILL拥有专利权的加工策略。这种方法把刀具看成赛车在跑道内高速行驶，赛车可以偏离跑道的中心，从而产生类似于赛车在跑道内的运动路径。赛车可以在不失速率的情况下转弯，增加了刀路的光滑性和平衡性，避免了刀路突然转向、频繁的切入切出所造成的冲击，在实际的高速加工应用中效果很好。

    图2  PowerMILL的高速加工选项

    图3 刀路光顺化

　　第一次粗加工结束后，换用小一号刀具进行“二次开粗”，采用残留粗加工策略。PowerMILL在残留粗加工中引入了“残留模型”的概念，即系统可自动判别前一刀具未能加工到的区域，并只针对这些区域生成刀具路劲，避免了空刀，提高了加工效率。