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典型CAM平臺(tái)數(shù)控銑削加工編程功能對比應(yīng)用
王華僑、張穎、王德躍 2009/5/28
摘要：本文簡略介紹了通用典型CAD\CAM平臺(tái)在進(jìn)行數(shù)控銑削加工編程時(shí)，其三軸刀具軌跡設(shè)計(jì)、五軸刀具矢量控制及其軌跡設(shè)計(jì)、后處理程序開發(fā)等方面的對比應(yīng)用，并以實(shí)例的形式進(jìn)行說明，希望能為讀者利用不同的CAM軟件平臺(tái)進(jìn)行數(shù)控編程時(shí)提供參考借鑒作用。
關(guān)鍵詞：數(shù)控銑削編程，CAD\CAM
前言:
數(shù)控加工作為機(jī)械制造業(yè)中先進(jìn)生產(chǎn)力的代表，經(jīng)過十余年的引進(jìn)與發(fā)展，已經(jīng)在汽車、航空、航天、模具等行業(yè)發(fā)揮了巨大的作用。它推動(dòng)了企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益的增長。但是由于多方面原因，國內(nèi)不同行業(yè)在應(yīng)用數(shù)控加工方面表現(xiàn)的差距較大。一方面由于機(jī)床刀具軟硬件配置等方面的原因，尤其是多坐標(biāo)控制聯(lián)動(dòng)的高速銑削機(jī)床，進(jìn)口設(shè)備由于其成本很高，企業(yè)不得不考慮其投資效益問題。另一方面多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)高速銑削的CAM軟件選型、應(yīng)用編程與開發(fā)方面，需要一個(gè)長時(shí)期的技術(shù)積累才能趕上國外先進(jìn)水平，尤其是對于人員的技術(shù)水平要求較高的CAM軟件應(yīng)用編程開發(fā)方面表現(xiàn)更為明顯。
用于數(shù)控銑削加工編程的CAM軟件平臺(tái)較多，比較常用的UGNX、CATIA、Pro/E、Mastercam、Cimatron、Surfcam、Powermill等，這些CAM軟件平臺(tái)在不同企業(yè)數(shù)控銑削編程方面發(fā)揮了很大的作用，雖然各自應(yīng)用流程略有差別，但各系統(tǒng)提供的基本數(shù)控編程功能都比較相似。但是企業(yè)產(chǎn)品對象不同，使得對CAM平臺(tái)的選型和應(yīng)用方面的要求有所不同。數(shù)控三軸銑削編程上都能滿足企業(yè)的要求，但在五軸銑削編程，刀具軸矢量控制與后處理程序開發(fā)等方面還是存在較大差別的，尤其是五軸機(jī)床的加工編程與后處理程序開發(fā)表現(xiàn)更為突出。本文就通用的CAD\CAM軟件平臺(tái)為環(huán)境，以幾個(gè)具體的產(chǎn)品對象的數(shù)控銑削加工編程應(yīng)用實(shí)例，簡要介紹它們在進(jìn)行數(shù)控三軸銑削、五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工編程、后處理開發(fā)模式、機(jī)床仿真加工模擬接口方面的實(shí)例應(yīng)用。希望對讀者有所借鑒作用。
一、三軸銑削刀具軌跡設(shè)計(jì)
現(xiàn)有典型CAM平臺(tái)在進(jìn)行數(shù)控銑削編程時(shí)，其流程基本相同，主要涉及加工對象定義、刀具選擇、加工模式選擇、軌跡優(yōu)化編輯修改控制、后處理與實(shí)體模擬等方面內(nèi)容。典型CAM平臺(tái)在三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑削加工編程方面，都包括為粗加工、精加工、清根加工三種模式以及實(shí)體模擬仿真。在刀具軌跡的生成控制方式主要包括二維輪廓粗精加工、、深孔鉆削加工、平行或環(huán)形等高分層銑削、螺旋銑削、曲面流線、投影加工、曲面清根、放射加工等功能，在高速銑削加工方面一般都提供高速R圓角控制、變速處理、直線擬合、樣條插補(bǔ)等軌跡優(yōu)化策略。利用典型的CAM平臺(tái)在加工某薄壁空間曲面，其刀具軌跡示意圖如下圖1～3所示。從圖中可以看出，在粗加工方面，各CAM平臺(tái)功能相當(dāng)；但在清根處理上，UGNX、CATIA、CIMATRONE可進(jìn)行多次清根處理；在實(shí)體仿真切削時(shí)，MASTERCAM、CATIA、CIMATRONE、SURFCAM等平臺(tái)相對而言模擬速度較快。
二、五軸數(shù)控銑削刀具軌跡設(shè)計(jì)
在利用CAM平臺(tái)進(jìn)行五軸數(shù)控銑削刀具軌跡設(shè)計(jì)時(shí)，其核心內(nèi)容主要包括刀具軸矢量控制、軌跡驅(qū)動(dòng)方式、進(jìn)退刀處理、五軸數(shù)控機(jī)床后處理與五坐標(biāo)機(jī)床加工仿真模擬等方面的工作。由于五軸加工時(shí)產(chǎn)品的復(fù)雜性和刀具軸控制的靈活性和多樣性，導(dǎo)致五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工編程的難度和復(fù)雜性較大。一般CAM平臺(tái)都提供五軸銑削數(shù)控編程功能，其主要包括（A）旋轉(zhuǎn)四軸：多用于帶旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)或配備繞X、Y軸的旋轉(zhuǎn)臺(tái)的的四軸加工；如MACH1600位Z軸旋轉(zhuǎn)的工作臺(tái)主軸可立臥轉(zhuǎn)換，可對外圓上的槽或型腔進(jìn)行加工；（B）五軸底刃銑削：用于銑刀的底刃對空間曲面進(jìn)行加工，避免傳統(tǒng)球頭刀的加工，此時(shí)需要對刀軸矢量進(jìn)行合理的控制設(shè)計(jì)；（C）側(cè)刃五軸：利用銑刀的側(cè)刃對空間的曲面進(jìn)行加工，避免球頭刀的R切削，能大幅度提高曲面粗精加工的效率；（D）五軸順序銑削與五面體加工：多用于銑削工步內(nèi)容比較多的多面體加工，如立臥轉(zhuǎn)換五面體加工中心可一次加工產(chǎn)品上的五個(gè)面或內(nèi)外腔的場合，多用于工序的復(fù)合化加工；（E）曲線五軸：對空間的曲面曲線進(jìn)行五軸曲線加工；（F）五軸鉆孔：對空間的孔進(jìn)行鉆孔加工，多用于孔的位置不再三個(gè)基準(zhǔn)平面上比較特殊的場合，如圓錐面上的孔或產(chǎn)品上孔位的軸線方向變化的場合。
空間曲面五軸加工涉及的內(nèi)容比較多，尤其是五軸加工時(shí)更明顯。進(jìn)行五軸加工時(shí)涉及加工導(dǎo)動(dòng)曲面、干涉面、軌跡限制區(qū)域、進(jìn)退刀及刀軸矢量控制等關(guān)鍵技術(shù)。四軸五軸加工的基礎(chǔ)是理解刀具軸的矢量變化。四軸五軸加工的關(guān)鍵技術(shù)之一是刀具軸的矢量（刀具軸的軸線矢量）在空間是如何發(fā)生變化的，而刀具軸的矢量變化是通過擺動(dòng)工作臺(tái)或主軸的擺動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。對于矢量不發(fā)生變化的固定軸銑削場合，一般用三軸銑削即可加工出產(chǎn)品，五軸加工關(guān)鍵（未完，下一頁）
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