【正文】 ：定義本次銑削工步刀具路徑的起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)。 [3~5] POWERMILL 軟件應(yīng)用于數(shù)控編程的一般過(guò)程 1）輸入 CAD 模型：通過(guò) EXCHANGE 模塊輸入 CAD 模型。高速加工方式也被稱為“輕切削” 方式，即設(shè)置較小的背吃刀量 ap、較小的側(cè)吃刀量 ae和較高的進(jìn)給量 f。一般而言，粗加工時(shí)，應(yīng)選較低的切削速度，粗加工時(shí)選擇較高的切 削速度；加工材料強(qiáng)度、硬度較高時(shí)，選擇較低的速度，反之取較高的切削速度；刀具材料的切削性能越好時(shí)，選擇較高的切削速度，反之取較低的切 25 削速度。 精加工和半精加工時(shí)，最大進(jìn)給量主要考慮加工精度和表面粗糙度值，另外還要考慮工件材料、刀尖圓弧半徑和切削速度等因素綜合來(lái)確定。 2）半精加工時(shí)，背吃刀量一般為 到 2。 3）背吃刀量：是指平行于銑刀軸線方向測(cè)量的切削層尺寸。所謂有經(jīng)驗(yàn)的加工人員，其經(jīng)驗(yàn)大部分就是指使用不能刀具、不同材料和機(jī)床進(jìn)行切削而積累的切削用量選擇經(jīng)驗(yàn)。第二種方法是，創(chuàng)建一個(gè)位于毛坯上表在中心的用戶坐標(biāo)系，并使用該用戶坐標(biāo)系來(lái)計(jì)算刀具路徑和后處理 NC 程序。 [3~5] 模型分中 在實(shí)際加工中，為安全和對(duì)刀方便起見(jiàn)，某些時(shí)候常把工 件坐標(biāo)系設(shè)置在毛坯的上表面中心處（在對(duì)刀時(shí)，移動(dòng)刀具尋找工件四邊盡寸以求出模型上表面中心點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系下的位置，這個(gè)過(guò)程在工廠稱為“分中”，對(duì)刀坐標(biāo)系即分中坐標(biāo)系）。 （ 2）尋求最短的進(jìn)給路線，以提高加工效率。進(jìn)給路線不僅反映了幾個(gè)內(nèi)容，也說(shuō)明了加工順序。 ④減少安裝次數(shù)。加工順序的安排應(yīng)遵循一些原則： ①基準(zhǔn)先行。 ③按所用刀具劃分工步。就本工件的加工而言，劃分時(shí)應(yīng)注意一下幾點(diǎn)原則： ①同一加工表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，還是全部加工表面都先粗加工后精加工分開(kāi)進(jìn)行，主要要依據(jù)零件的精度要求考慮。 （ 2）工步的劃分 劃分工步主要是從加工精度和效率方面考慮。 e)夾緊力的作用方向應(yīng)在定位支撐的有效范圍內(nèi)，不破壞零件的定位要求。 ②夾緊力方向和夾緊點(diǎn)的確定 a)夾緊力應(yīng)盡可能 朝向主要定位基準(zhǔn)，這樣可以保證夾緊工件時(shí)不破壞工件的定位，影響工件的加工精度要求。 ①對(duì)夾緊的基本要求 a)工件在夾緊過(guò)程中，不能改變工件定位后所占據(jù)的正確位置。 b)盡量減少裝夾次數(shù)，盡可能在一次定位和裝夾后就能加工出全部待加工表面。 ②限制自由度與工件加工要求的關(guān)系 根據(jù)工件加工表面的不同加工要求，有些自由度對(duì)加工要求有影響，有些自由度對(duì)加工要求無(wú)影響，對(duì)加工要求有影響的自由度必須限制，而不影響加工要求的自由度不必限制。 （ 3）工件的定位 工件定位，就是要使工件在夾具中占據(jù)某個(gè)確定的正確加工位置。在成批生產(chǎn)時(shí)可以考慮采用專用夾具，同時(shí)要求夾具的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 20 （ 2）用夾具裝夾 [17] 夾具是用以裝夾工件（和引導(dǎo)刀具）的裝置。 ②直接找正法。 ①劃線找正法。即上平面為基準(zhǔn)加工下平面，工件重新裝夾后，已加工的下平面為基準(zhǔn)加工上平面。作為粗基準(zhǔn)的面應(yīng)無(wú)鍛造飛邊和鑄造澆冒口、分型面及毛刺等缺陷，用夾具裝夾時(shí)，還應(yīng)使夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。 （ 3）為了保證零件上重要表面加工余量均勻，應(yīng)選重要表面為粗基準(zhǔn)。 選擇粗基準(zhǔn)時(shí)，重點(diǎn)考慮如何保證各個(gè)加工面都能分配到合理的加工余量 ，保證加工面與不加工面的位置尺寸和位置精度，同時(shí)還要為后續(xù)工序提供可靠精基準(zhǔn)。 以上每項(xiàng)原則只能說(shuō)明一個(gè)方面的 問(wèn)題，理想的情況是使基準(zhǔn)既“重合”又“統(tǒng)一”，同時(shí)又能使定位穩(wěn)定、可靠，操作方便，夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。軸的精基準(zhǔn) 為軸兩端的中心孔，齒輪是典型的盤類零件，常以中心孔及 — 個(gè)端面為精加工基準(zhǔn)，而箱體類常以一個(gè)平面及平面上的兩個(gè)定位用工藝孔為精基準(zhǔn)。試切法適用于單件小批生產(chǎn)下的逐個(gè)零件加工。 [14~15] 在加工中，首先使用的是粗基準(zhǔn)，但在選樣定位基準(zhǔn)時(shí)，為了保證零件的加工精度，首先考慮的是選擇精基準(zhǔn)，精基準(zhǔn)選定以后，再考慮合理地選擇粗基準(zhǔn)。在起始工序中，只能選用未經(jīng)加上過(guò)的毛坯表面作為定位基準(zhǔn)，這種基準(zhǔn)稱為粗基準(zhǔn)。此外還有裝配過(guò)程中用于確定零、部件間相互位置的裝配基準(zhǔn)。又分為有工序基準(zhǔn)、定位基準(zhǔn)和測(cè)量基準(zhǔn)等。 加工準(zhǔn)備 在對(duì)零件進(jìn)行加工前要對(duì)零件進(jìn)行許多分析，如裝夾方式、基準(zhǔn)選擇、對(duì)零件進(jìn)行模型分中、加工工藝術(shù)路線的確定、數(shù)控加工切削用量及其設(shè)置等。這個(gè)零件即有陡峭區(qū)域也有平坦區(qū)域，而且區(qū)分明顯。 34 中所示平板零件其加工區(qū)域?yàn)榇笃矫婧投膫€(gè)孔的加工，此零件擬采用粗加工、二次粗加工、平坦面的精加工、孔的精加工進(jìn)行加工。 14 圖 32 圖 33 15 對(duì)如圖 34 零件進(jìn)行工藝分析 34 拔叉板零件，其主要的特點(diǎn)為。 二．在一步中的特征平面上草繪一個(gè)直徑為 65 的圓。 圖 31 （ 2）如圖 32 所示的平板零件 一．進(jìn)入草繪，畫(huà)如圖 32 所示的矩形大小，退出草繪進(jìn)行拉伸。 三．在一步創(chuàng)建好的板上畫(huà)兩圓，尺寸約束如圖一，草繪 完 成后拉升后得到兩圓柱面。 2．分析零件并進(jìn)行三維建模 如圖所示為本次加工零件的二維 CAD 圖紙，圖一為拔叉板零件、圖二為平板零件、圖三為凸模零件。 零件的建模與工藝分析 用 PROE 對(duì)零件進(jìn)行三維建模 1． PROE 簡(jiǎn)介 [13] PROE 是當(dāng)今世界上最普及的三維 CAD/CDE/CAM 系統(tǒng)軟件之一，其具 有零件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品裝配、模具開(kāi)發(fā)、鈑金設(shè)計(jì)、 NC 開(kāi)發(fā)、造型設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)仿真和鑄件設(shè)計(jì)等強(qiáng)大強(qiáng)能，在航天領(lǐng)域、機(jī)械、電子、汽車、家電以及玩具等工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中有 %以上的設(shè)計(jì)任務(wù)是通過(guò)它來(lái)完成的。 5） 提刀次數(shù)少、刀具的空行程少：生成的恨具路徑應(yīng)避免空走刀軌跡的產(chǎn)生，盡量減少抬刀、進(jìn)退刀的次數(shù)，以提高加工效率。 3） 刀具路徑應(yīng)分布均勻：生成的刀具路徑應(yīng)該分布均勻、整齊，各條刀具路徑之間的行距要均勻，不能在零件平坦面處行距均勻而在零件陡峭部分變得稀疏。 e) 數(shù)學(xué)模型中的曲面要求等參數(shù)曲線分布合理、均勻，曲面不能有異常的凸起和凹坑。如果曲面存在破孔，應(yīng)該先用 CAD 軟件將這些有問(wèn)題的曲面修補(bǔ)完整。 高質(zhì)量的數(shù)學(xué)模型是實(shí) 施數(shù)控編程的前提和必要條件。 10 進(jìn)給量?jī)?yōu)化功能 Powermill 系統(tǒng)使用 PSoprifeed 模塊來(lái)優(yōu)化刀具路徑進(jìn)給率，從而得到高效 和穩(wěn)定的材料切削率。其中最獨(dú)特的技術(shù)是 Delcam 公司擁有專利權(quán)的賽車線加工策略。變余量加工尤其適合于具有垂直角的工件，如平底型底部件。系統(tǒng)提供的加工仿真功能包括：刀具路徑切削仿真、集成機(jī)床的完整加工仿真。 6． 巧秒的刀具路徑編輯和連接功能 Powermill 系統(tǒng)提供了豐富的刀具路徑編輯工具，可以對(duì)計(jì)算出來(lái)的刀具路徑進(jìn)行編輯和優(yōu)化。這些策略可以保證切削過(guò)程光順、穩(wěn)定，確保得到高精度、光滑的切削表面。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，Powermill 軟件針對(duì)粗加工開(kāi)發(fā)了完善的模型區(qū)域清除加工策略，該 策略包括平行、偏置模型、偏置全部三種刀具路徑生成方式。而且，創(chuàng)建某一工步（例如精加工）的刀具路徑時(shí)，其各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置基本上集中在同一張窗口（ Powermill 軟件稱之為表格）上，修改時(shí)極為方便。 4．支持 NURBS(非均勻有理 B 樣條曲線 )插補(bǔ)功能， Powermill 系統(tǒng)后處理出來(lái)的NC 代碼可用于所有提供 NURBS 插補(bǔ)功能的數(shù)控系統(tǒng)。使用 Powermill 系統(tǒng)的優(yōu)化處理功能可以計(jì)算出符合高速加工工藝要求的高效的刀具路徑。 2） Powermill 可記錄標(biāo)準(zhǔn)工藝路線，制作工藝流程模板，使用相同工藝路線加工同類型工件。 2） 編程人員可根據(jù)工藝信息庫(kù)，自動(dòng)選取加工刀具、切削參數(shù)、加工步距等工藝信息進(jìn)行編程。這種非工程化概念的處理方式會(huì)造成如下一些問(wèn)題： 1）不能有效地利用 CAD 模型的幾何信息，無(wú)法自動(dòng)提取模型的工藝特征，只能人工提取，甚至靠重新模擬計(jì)算來(lái)取得必要的控制信息，增大了操作的繁瑣性，影響了編程質(zhì)量與效率，導(dǎo)致系統(tǒng)的自動(dòng)化程度與智能化程度很低。而混合化的系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上為今后的發(fā)展留 下了不可彌補(bǔ)的隱患?；旌匣到y(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn) 設(shè)計(jì)與加工在管理上的分工，增加了生產(chǎn)管理與分工的難度，也極大地阻 礙了智能化、自動(dòng)化水平的提高。 [10~12] 1． 獨(dú)立運(yùn)行，便于管理 一些傳統(tǒng)的 CAM 軟件基本上都屬于 CAD/CAM 混合化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系， CAD功能是 CAM 功能的基礎(chǔ)，同時(shí)它又與 CAM 功能交叉使用。 Powermill 軟件是英國(guó) Decalm公司推出的一款主要面向三維自由曲面的 2~5軸高 6 速銑削加工 CAM 系統(tǒng)。如何實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程呢？ 現(xiàn)代制造業(yè)加工帶自由曲面零件的一般過(guò)程是，首先，利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)原現(xiàn)和技術(shù)將零件的外形數(shù)字化，在特定坐標(biāo)系下以點(diǎn)、線、面、體的形式將要加工的零件描述出來(lái)，這就是 CAD 技 術(shù)。在機(jī)械加工行業(yè)，最早應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)是 20 世紀(jì) 50 年代美國(guó)麻省理工學(xué)院 (MIT)利用數(shù)控裝置實(shí)現(xiàn)控制三軸銑床加工復(fù)雜嵌面模型。 （ 3）對(duì)平板、凸模、拔叉板三個(gè)零件進(jìn)行工藝分析、 制定工藝路線、確定工藝方案、確定加工參數(shù)、選擇加工策略最后用 Powermill CAM 軟件分別對(duì)它們進(jìn)行模擬加工，自動(dòng)編程并導(dǎo)出 NC 程序。但國(guó)內(nèi)已進(jìn)口了大批高速加工設(shè)備，也開(kāi)發(fā)了多種高速機(jī)床和加工中心，還有許多可供應(yīng)高速切削刀具系統(tǒng)的工具企業(yè)，只要充分認(rèn)識(shí)高速切削加工技術(shù)的優(yōu)越性和誘人的巨大經(jīng)濟(jì)效益的潛力，完全有可能迅速把我國(guó)高速切削加工技術(shù)的應(yīng)用推進(jìn)到一個(gè)新水平。 高速切削技術(shù)在國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 高速切削技術(shù)在國(guó)內(nèi)起步較晚， 20 世紀(jì) 80 年代中期開(kāi)始研究陶瓷刀具高速切削淬硬鋼并在生產(chǎn)中應(yīng)用，其后引起對(duì)高速切削加工的普遍關(guān)注，目前主要還是以高速鋼、硬質(zhì)合金刀具為主，硬質(zhì)合金刀具切削速度≤ 100～ 200m/min，高速鋼刀具在40m/min 以內(nèi)。金屬切削刀具作為數(shù)控機(jī)床必不可少的配套工藝裝備，在數(shù)控加工技術(shù)的帶動(dòng)下，進(jìn)入了“數(shù)控刀具”的發(fā)展階段，顯示出“三高一專” (即高效率、高精度、高可靠性和專用化 )的特點(diǎn)。隨切削速 度提高，切削力降低大致為 25～ 30%以上；切削溫度增加逐步緩慢；加工表面粗糙度降低 1～ 2 級(jí)；生產(chǎn)效率提高，生產(chǎn)成本降低。 高速切削國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 3 高速切削技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用 機(jī)械加工的發(fā)展趨勢(shì)是高效率、高精度、高柔性和綠色化，切削加工的發(fā)展方向是高速切削加工，在發(fā)達(dá)國(guó)家，它正成為切削加工的主流。同時(shí)高速加工是當(dāng)前機(jī)械工業(yè)先進(jìn)制造技術(shù)方面研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)之一。 （ 3）豐富的 高速切削刀具軌跡策略 高速加工對(duì)加工工藝走刀方式比傳統(tǒng)方式機(jī)能有著特殊要求，因而要求 CAM 系統(tǒng)能夠滿足這些特定的工藝要求。 [ 5] （ 1） CAM 系統(tǒng)應(yīng)具有很高的計(jì)算編程速度 高速加工中采用非常小的切給量與切深，故高速加工的 NC 程序比對(duì)傳統(tǒng)數(shù)控加工 程序要大得多，因而要求計(jì)算速度要快，要方便節(jié)約刀具軌跡編輯，優(yōu)化編程的時(shí)間。 高速銑削加工對(duì)數(shù)控編程的要求 高速銑削加工對(duì)數(shù)控編程的要求越來(lái)越高，價(jià)格昂貴的高速加工設(shè)備對(duì)軟件提出了更高的安全性和有效性要求。與傳統(tǒng)切削加工相比，高速切削加工發(fā)生了本質(zhì)性的飛躍，其單位功率的金屬切除率提高了 30%～ 40%，切削力降低了 30%，刀具的切削壽命提高了 70%，留于工件的切削熱大幅度降低，低階切削振動(dòng)幾乎消失。高速加工技術(shù)集高效、優(yōu)質(zhì)、低耗于一身，已成為國(guó)際模具制造工藝中的主流。造型、軌跡及 G 代碼的生成也以最簡(jiǎn)潔的方式做出，達(dá)到了預(yù)期的要求。 4．進(jìn)度安排 設(shè)計(jì)各階段名稱 起 止 日 期 1 進(jìn)行調(diào)查研究，查閱資料，完成開(kāi)題報(bào)告 — 2 擬定總體方案，學(xué)習(xí)有關(guān)課程、知識(shí) 、軟件 — 3 學(xué)習(xí) P owermill 軟件 — 4 零件建模，并進(jìn)行實(shí)例練習(xí) — 5 撰寫(xiě)并編制論文、打印，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯資料 — 基于 POWERMILL 的高速切削數(shù)控編程策略與應(yīng)用研究 摘 要： 高速切削是世界制造業(yè)中的一項(xiàng)綜合性的高新技術(shù)。 [7]汪木蘭。高等教育出版社。北京；機(jī)械工業(yè)出版社，2020. [4]中北大學(xué)新知培訓(xùn)中心。 Powermil 多軸數(shù)控加工編程實(shí)用教程 [M]。 3．