基于CAD/CAM的高速加工编程策略研究

门超 柴增田

摘   要：针对传统数控加工效率低的问题，通过引进基于MasterCAM的CAD/CAM高速加工技术，文章在对高速加工技术进行深入分析的基础上，有针对性地提出了高速加工编程策略，该编程策略的应用能显著提高产品的加工效率，减少刀具磨损，延长刀具使用寿命。

关键词：CAD/CAM;高速加工;编程策略

随着数控加工技术的不断发展，高速加工（High Speed Machining，HSM）技术应运而生，已广泛应用于航空、模具、汽车等制造领域，其特点是生产效率高、切削速度快、刀具路径顺滑、负载平稳等。与传统切削技术相比，高速切削速度提高了5～10倍，单位时间材料切除率提高了3～6倍，因而产品生产周期显著降低，企业的市场竞争力大大增强。

高速加工技术是一项复杂的系统工程，是集机床、刀具、切削工艺、计算机辅助设计/计算机辅助制造（Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing，CAD/CAM）技术于一体的综合加工技术。作为CAD/CAM技术的重要载体，CAD/CAM软件在高速加工中发挥了关键作用。作为CAD/CAM软件的佼佼者，MasterCAM除了具备高速加工功能外，还具有操作简便、价格适中、模拟仿真质量高等特点。因此，深受制造类企業的广泛欢迎。

1    高速加工特点

与传统加工相比，高速加工在加工工艺、刀具路径控制、刀具切入切出优化等方面具有独特的要求，因此，应有新的加工策略。

1.1  保持刀具路径的光滑、平稳

高速加工的刀具路径应保持光滑、平稳，避免出现刀具频繁加、减速的情况，尤其是刀具在零件的拐角处，如处理不当，会造成刀具出现停滞感，使表面形成微型刀痕，从而影响其表面质量。因此，应对刀具路径进行精确控制与优化。

1.2  保持基本恒定的刀具负载

高速加工的刀具负载应力求均衡、稳定，避免出现剧烈变化，造成对机床、刀具和零件的冲击，影响刀具的使用寿命和零件的表面质量，因此，应对刀具的负载进行设置和优化。

1.3  利用仿真功能，对刀具的加工过程进行实时检验

通过仿真工具，对刀具运行轨迹进行有效检验，避免在加工中出现撞刀、过切、欠切等事故，因而应提高编程质量[1]。

2    高速加工编程策略

高速加工编程基本策略对提高切削效率和零件表面质量具有重要作用，具体如下。

2.1  合理的圆角处理工艺

复杂零件上往往会有一些拐角或细小曲面，高速加工时，刀具的进出速度快、切削效率高，因而对零件拐角或细小曲面造成一定惯性冲击。图1为汽车仪表板模具下模，其内部有大量细小沟槽和拐角曲面[2]。为实现高速加工，应选取曲面高速加工（残料区域粗切）作为二次开粗，所用刀具为D6R0.5，在“切削参数”选项的“刀具在拐角处走圆角”处设置相应参数，如图2所示。从而避免刀具高速运动下对机床、刀具造成的冲击与损害。图3为未设置圆角过渡的刀具路径示意，图4为设置圆角过渡的刀具路径示意。

2.2  合理的进退刀处理工艺

合理的刀具进退刀处理对提高零件表面质量、降低刀具接痕、避免刀具对零件接触点造成冲击具有重要作用，而当该刀具直接从零件上方进刀时，进刀方式应为螺旋进刀方式或斜插进刀方式。

2.3  合理设置刀具路径区段间的过渡方式

高速加工中的刀具路径间应力求圆滑过渡，以减少刀具转向对机床、刀具和零件造成冲击，通常采用圆弧连接的方式实现路径区段间的光滑过渡[3]。

2.4  合理设置刀具负载参数

合理设置刀具负载参数，可有效避免刀具满刃切削对刀具、零件和机床造成冲击，提高刀具的使用寿命，减少机床的震动。以曲面高速加工（区域粗切）的摆线加工为例，摆线加工时，刀具始终沿着连续的圆弧曲线运动，刀具在运动中没有突然变向，机床在加工过程中始终保持连续进给速度状态，其材料切削率基本保持恒定，因此，特别适合高硬材料的高速加工，能显著延长刀具的使用寿命[4]。图5为采用摆线加工前后的对比示意。

图5  采用摆线加工前后的对比示意

2.5  合理设置圆弧过滤/公差

曲面加工质量与圆弧过滤/公差密切相关，其参数设置的优劣直接影响着零件的加工质量和效率。粗加工时，应优先考虑刀具路径计算时间和实际加工时间，因此，公差应设置大一些。而精加工时，应优先考虑曲面的加工质量，因此，刀具的参数应设置小一些。

2.6  利用实体仿真功能实现加工过程的全程监控

利用MasterCAM的交互式模拟仿真功能对高速加工全程检验，是一项零成本、无切削的加工检验技术，能有效防止切削路径、切削参数设置不当而引发的过切、欠切、碰撞等事故。需要注意的是在仿真之前，应首先对实体验证的停止条件与碰撞条件进行详细设置，否则碰撞检查将不会启动。

3    结语

基于MasterCAM的CAD/CAM高速加工策略，通过实际应用和不断完善，其零件加工效率、表面精度明显优于传统加工方法，且日臻完美。其加工策略特别适合结构复杂、细小沟槽与曲面众多的零件加工，因此，应用前景十分广阔。

[参考文献]

[1]张少杰.基于PowerMill的高速加工编程技术研究[J].机械工程与自动化，2013（4）：179-181.

[2]关兴举.Pro/ENGINEER塑料模具设计[M].北京：人民邮电出版社，2006.

[3]温石化.基于MasterCAM X6的高速切削优化[J].模具制造，2014（5）：88-90.

[4]陆春伟.基于MastercanX9的2D高速刀路的研究[J].现代制造技术与装备，2017（9）：56-57.

Research on programming strategy of high speed machining based on CAD/CAM

Men Chao， Chai Zengtian

（Chengde Petroleum College， Chengde 067000， China）

Abstract：Aiming at the problem of low efficiency of traditional NC machining， by introducing CAD/CAM high-speed machining technology based on MasterCAM， and on the basis of in-depth analysis of high-speed machining technology， a high-speed machining programming strategy is put forward. The application of this programming strategy can significantly improve the processing efficiency of products， reduce tool wear and prolong tool life.

Key words：computer aided design/computer aided manufacturing; high speed machining; programming strategy