高速切削的CAM策略和后处理开发简析

罗东辰，金敦水，谢义，王春，李伟

（安徽电子信息职业技术学院机电工程学院，安徽 蚌埠 233000）

研究发现，高速切削（HSM)较为系统，涉及内容较多，涵盖了加工工艺、控制系统、CAD/CAM等，从其应用特征可以看出，高速切削与常规加工差异明显。现实应用中，因为工艺的复杂性和烦琐性，传统的NC程序，难以满足现实需求。基于此，需要深度把控细节，高质量分析切削的特殊性，借助CAM策略，提升编程的质量。

1 高速切削（HSM)原理

高速切削（HSM)普及度高，应用范围广，是一门系统技术，在实际应用中，可以从刀具材料、控制系统等不同方面，看到与常规加工的区别。需要仔细考虑细节，了解切削状态下的优质的数控编程状态。研究发现，CAD/CAM/CNC集成化效果显著，是目前机械制造主流趋势。在实际应用中，CAD/CAM/CNC集成化需要高度匹配高速切削技术，实现两者的结合，在此基础上，形成高速切削系统。从现状了解到，CAD/CAM/NC的体系结构存在局限，尚不能发挥设计零件的优势，在现实应用中，可制造信息反馈并不顺畅，不能有效给予设计者，在整个过程中，重点加强加工过程决策监控，不能完善进行自动信息处理，与此同时，产品数据模型转换缺点较大，不能脱离人工干预。在应用期间，先进的高速切削系统，是对传统系统的改良，除了CAD/CAM/CNC体系改造外，还需要引入先进制造技术，同时配合高速切削技术。它的技术融合将达到减少人工干预，同时高效、优质缩短NC编程时间的目的，提高产品加工质量，合理实现效率提高目标。

2 数控编程的具体要求

在现实应用中，高速切削极为特殊，其中的NC编程代码，意义非常广泛，并不局限于切削速度，同时，对切削深度和进给量等重要参数的精准度要求高。NC编程人员，在现实应用中，需要改变加工策略，确保安全的刀具路径，在此基础上，达到预期表面精度。通过应用发现，高速切削对数控编程标准和要求较高，具体要求如下：（1）恒定的切削载荷。在现实应用中，随着高速加工推进，为了保障削切效果，恒定的切削载荷是基础性保障，非常重要。（2）保证工件的高精度。现实应用中，为了工件的高精度，需要合理减少切入次数（实际应用中刀具的）。（3）保证工件的优质表面。通过研究发现，在高速切削阶段，会存在过小的步进（也就是所说的进给量），这样的情况存在，会影响进给速率，造成切削力的不稳定，从而诱发出切削振动。削切振动的出现，会严重影响工件表面平滑性以及完整度。实践证明，在高速切削条件下，为了满足工艺要求，要采用较大进给量，合理控制与完善表面加工质量。

3 粗加工CAM策略

通过研究发现，在高速加工中，粗加工占比较大，比例要大于传统加工。粗加工的结果是核心参考数据，直接决定了精加工实施的难易，同时，对工件的加工质量把控影响深远。基于此，在高速粗加工阶段，重点内容在于：（1）恒定的切削条件。在高速切削过程中，选择正确削切手段非常关键，采用顺铣削方式，能够优化削切质量，产生较少的切削热，在此前提下，合理降低刀具负载，工件的加工硬化得以消除，保障表面质量达标。（2）恒定的金属去除率。除了削切条件要恒定之外，金属去除率也要恒定。在粗加工过程中，需要保留科学的金属去除率，将其作为重要依据，借此强化加工效果。（3）走刀方式的选择。在操作期间，带有敞口型腔的区域，要合理进行材料的外面走刀，在此前提下，分析材料切削状况。而针对封闭区域（现实中没有型腔的），要采用螺旋进刀，合理进行局部区域切入，这样的效果相对理想。（4）减少刀具切入次数。在传统加工中，之字形模式应用广泛，所以有必要寻找回路在高速加工中，完成单一路径切削。在操作期间，因为在换向时，会出现明显的NC机床紧急降速状态，所以需要在保持该状态的同时，执行下一步操作。现实中，机床的加速局限性强，非常容易出现时间浪费。基于此，需要明确单一路径切削模式，借此完成顺铣，这是至关重要的步骤，不容忽视。在操作期间，尽可能地不中断切削，合理保证刀具路径的完整，尽量减少刀具的切入，满足稳定的切削过程要求。（5）减少刀具急速换向。除了上述内容外，要合理减少刀具换向。由于切削速度非常高，同时伴随较大给进量，编程人员必须预测出在应用期间刀具是如何切削的。实践证实，除了降低步距以及合理规范切削深度外,还有一个有效方法，就是要从源头避免加工方向的改变，控制好改变的速度。在操作中，急速换向的地方（必须进行换向操作的）要减慢速度，这是有效、稳妥的措施，可以保障削切质量。急停或急动，都会降低平整度，影响表面精度，甚至在生产阶段出现过切和外拐角处咬边现象。3D型面的加工阶段，需要注意施工复杂程度，掌握拐角处切削形貌，在此基础上，采用平行之字形切削，借助科学途径生成所有形貌。除此之外，编程人员还应了解，在应用设计中，不论HSM控制器的前馈性能如何优良、功能有多好，3D结构中的加工步长同样是其无法知道的。前馈功能比较局限，只能沿着刀具轨迹，3D精加工路径步长，前馈功能无法掌握，也不知道金属去除率。

4 精加工CAM策略

前文对粗加工CAM策略进行了多角度完整性分析，接下来将阐述精加工CAM策略。在精加工过程中，为了保证加工构件的精准，提高构件的匹配度，保证精加工余量恒定，需要掌握精加工CAM策略，在精加工阶段，引入CAM策略至关重要。研究发现，精加工余量的恒定，可以从以下方面强化。

4.1 笔式加工（清根)

笔式铣削采用的策略：细致研究后发现，笔式铣削较为复杂，涉及因素较多，在应用中，找到拐角和凹槽是第一步，然后自动沿着拐角完成高质量地走刀。在应用期间，允许采用小的刀具，凹糟的半径是重要参考，当其和刀具的半径一致时，意味着操作合格。理想的情况下，需要跟踪多种表面，从源头避免路径重复。事实证明，笔式铣削这种功能，可以有效保持切屑去除率，将其作为常量，完成高速加工。实践证明，缺少了笔式切削后，当特殊的工件精加工时，刀具走到拐角处，会伴随较大的金属去除率。特别是有侧壁和腹板的部件，在加工时要特别注意。采用笔式铣削，不仅可以控制刀量和噪声形成，拐角处的切削难度也会被锐减。笔式铣削能够高质量以及合理清除拐角处的多余量，基于这样的前提，当去除量较大的时候，需要进行笔式铣削，在3D精加工之前。应用期间，机床操作人员可以结合实际增大金属去除率，借此抑制笔式铣削的进给量。除此之外，也可以增加清根轨迹（特指沿角头的）以去除多余量。

4.2 余量加工（清根)

在现实应用中，余量铣削不完全等同于笔式铣削，虽然两者相似，但是在精加工操作中表现却不同。采用的加工思想大致相同，实践证明，余量铣削作用显著，能够发现特殊区域，利用较小的刀具，就可以完成特殊区域的加工。余量铣削与笔式铣削除了相同点外，不同之处也较多，主要在于：余量铣削加工相对复杂，针对的是大尺寸铣刀加工区域，范围比较广。而笔式铣削则不同，仅仅针对拐角处，相比之下，加工范围狭小。HSM的使用，是重要的策略，能够计算切削余量，无论是垂直或平行切削区域。法向选择是基本保障，在剩余切削区域内，按照技术原则来回走刀进行切削，在操作中，平行选择则将遵从核心原理，剩余切削区域的加工，需要完成流理(U-V线)方向切削。基于此，HSM 用户可以结合现实需求，适当地应用平行选择，将步长数减少到很少，借助这样的方式，使加工过程更加有效。总而言之，合理选用CAM软件，属于基础性保障措施，提供的加工策略是前提，可以获得理想加工结果。目前了解到，CAD/CAM/CNC体系结构漏洞较多，应用制度尚未健全，CAM系统仍需不断完善，积极探索匹配切削环境的新策略。

5 结语

综上所述，高速切削加工效果理想，是提高生产效率核心保障，也是提高加工精度的可行的、必要手段的，值得积极推广。在科技的牵引下，加工技术迅速发展，高速削切的要求较高。由于加工过程复杂，处于高速运动状态，无法靠人工急停从根源避免碰撞、干涉等问题，基于这样的现实，需要利用CAM软件，在软件辅助下自动编程，完善加工策略，保证稳定的刀具轨迹，对数控加工程序持续优化。