【導(dǎo)讀】完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻中列出。分析PowermillCAM軟件的高速切削CN編程的思路、方法和工藝處理等問題；參數(shù)設(shè)置及實用技巧；結(jié)合實例進行高速數(shù)控編程與模擬加工。學(xué)習(xí)Powermill軟件的基本操作和常用造型指令的使用。學(xué)習(xí)Powermill各種刀軌形式的編程步驟、方法、參數(shù)設(shè)置及實用技。AutoCAD繪制的零件圖一張。外文資料翻譯一篇。撰寫設(shè)計說明書。Powermill數(shù)控加工編程實用教程[M]。Powermil多軸數(shù)控加工編程實用教程[M]。北京；機械工業(yè)出版社，2020。[5]王積偉，吳振順?？刂乒こ袒A(chǔ)[M]。高等教育出版社。[6]張世昌，李旦，高航。普通高等教育規(guī)劃教材。性與自動控制出發(fā)，闡述了POWERMILL軟件所特有的經(jīng)典加工策略。NC代碼的編輯和調(diào)試，實現(xiàn)了一體化作業(yè)，更好的適應(yīng)現(xiàn)代工程需要。解了零件制造的全過程，加工完成后零件也達到了加工要求。造型、軌跡及G代碼的。生成也以最簡潔的方式做出，達到了預(yù)期的要求。Keywords：high—speedmachining；NCprogramming；PowerMILL；processing

　　

【正文】 象盡可能小。 c)操作方便、省力、安全。 d)夾緊裝置的自動化程度及復(fù)雜程度，應(yīng)與工件的批量大小相適應(yīng)。 ②夾緊力方向和夾緊點的確定 a)夾緊力應(yīng)盡可能 朝向主要定位基準，這樣可以保證夾緊工件時不破壞工件的定位，影響工件的加工精度要求。 b)夾緊力方向應(yīng)有利于減少夾緊力，要求能夠在最小的夾緊力作用下，完成零件的加工過程。 c)夾緊力的作用點應(yīng)選在工件剛性較好的方向和方位上，這一原則對剛性較差的零件特別重要，可以保證零件的夾緊變形量最小。 d)夾緊力作用點應(yīng)盡量靠近零件的加工表面，保證主要夾緊力的作用點與加工表面之間的距離最短，可有效提高零件裝夾的剛性，減少加工過程中的振動。 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。 確定工藝路線 （ 1）工序的劃分 22 在數(shù)控機床上加工零件與普通機加工相比，工序可以比較集中。根據(jù)數(shù)控加工的特點，數(shù)控加工工序的劃分有幾種方法。 加工該零件按粗、精加工劃分工序，根據(jù)工件的加工精度要求、剛度和變形等因素，將零件的粗、精加工分開，先粗加工，后精加工。 （ 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。合理的工藝不僅要保證加工出符合圖樣要求的工件，同時應(yīng)使機床的功能得到充分發(fā)揮。因此，在一個工序內(nèi)往往需要采用不同的刀具和切削用量，對工件的不同表面進行加工。對于比較復(fù)雜 的工序，為了便于分析和描述，常在工序內(nèi)又細分工步。就本工件的加工而言，劃分時應(yīng)注意一下幾點原則： 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進行，主要要依據(jù)零件的精度要求考慮。 ②對于既要加工平面又要加工孔的地方，可以采用“先面后孔“原則劃分工步。先加工面可提高孔的加工精度，因為銑平面時切削力較大，工件易發(fā)生變形，而先銑平面后鏜孔，則可使其變形有一段時間恢復(fù)，減少由于變形引起的對孔的精度的影響。反之，如先鏜孔后銑面，則銑削平面時極易在孔口產(chǎn)生飛邊、毛刺，進而破壞 孔的精度。 ③按所用刀具劃分工步。某些機床工作臺回轉(zhuǎn)時間比換刀時間短，可采用刀具集中的方法劃分工步，以減少換刀次數(shù)，縮短輔助時間，提高加工效率。 ④在一次裝夾中，盡可能完成所有能加工的表面，有利于保證表面相互位置精度的要求。 （ 3）加工順序的安排 加工順序的安排應(yīng)根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)和毛皮狀況，結(jié)合定位和夾緊的需要一起考慮，重點應(yīng)保證工件的剛性不被破壞，盡量減少變形。加工順序的安排應(yīng)遵循一些原則： ①基準先行。上道工序的加工能為后面的工序提供精基準和合適的夾緊表面。 ②先面后孔，先簡單后復(fù)雜 。 ③先粗后精，粗、精分開。 ④減少安裝次數(shù)。以相同定位、夾緊方式安裝的工序，最好接連進行，以減少重復(fù)定位次數(shù)、換刀和夾緊次數(shù)。 [17] 23 確定進給路線 在數(shù)控加工中，刀具刀位點相對于工件運動的軌跡稱為進給路線。進給路線不僅包括切削加工時的進給路線，還包括刀具到位、對刀、退刀和換刀等一系列過程的刀具運動路線。進給路線不僅反映了幾個內(nèi)容，也說明了加工順序。 確定進給路線。主要是確定粗加工及空行程的進給路線，因為精加工的進給路線基本上是按零件的輪廓進行的。在確定時還要注意一些問題： （ 1）選擇工件剛性破壞小的路線，以減少加工變形對加工精度的影響。 （ 2）尋求最短的進給路線，以提高加工效率。 （ 3）切入和切出的路線應(yīng)考慮外延，以保證加工的表面質(zhì)量。 （ 4）完工時的最后一刀應(yīng)一次走刀連續(xù)加工，以免產(chǎn)生刀痕等缺陷。 此外，確定進給路線時，還要考慮工件的形狀與剛度、加工余量大小、機床與刀具的剛度等情況，確定是一次進給還是多次進給來完成加工，確定刀具的切入與切出方向以及在銑削加工中試采用順銑還是逆銑的銑削方式等。 [3~5] 模型分中 在實際加工中，為安全和對刀方便起見，某些時候常把工 件坐標系設(shè)置在毛坯的上表面中心處（在對刀時，移動刀具尋找工件四邊盡寸以求出模型上表面中心點在機床坐標系下的位置，這個過程在工廠稱為“分中”，對刀坐標系即分中坐標系）。而 CAD模型的設(shè)計坐標系不一定設(shè)置在模型上表面中心位置處，這就需要調(diào)整模型與坐標系的相對位置。 [18] POWERMILL2020 有兩種方法來實現(xiàn)模型分中。一種方法是，首先查看出模型在當(dāng)前世界坐標系的極限坐標系尺寸（ X、 Y 和 Z 軸的最大和最小尺寸），然后使用編程模型功能（即模型變換），將模型調(diào)整到 X、 Y 坐標軸最大和最小尺寸絕對值相等的位 置即完成分中操作。第二種方法是，創(chuàng)建一個位于毛坯上表在中心的用戶坐標系，并使用該用戶坐標系來計算刀具路徑和后處理 NC 程序。 3.. 數(shù)控加工切削用量及其設(shè)置 切削用量的選擇取在機械加工過程中占據(jù)極其重要的地位，它的選擇恰當(dāng)與否直接關(guān)系到加工出的零件尺寸精度、表面質(zhì)量以及刀具磨損、機床和操作人員的安全等。初學(xué)銑床削的新手對切削用量的選擇很迷惑。一個要的觀念是，切削用量的選擇不斷的切削經(jīng)驗來積累的。所謂有經(jīng)驗的加工人員，其經(jīng)驗大部分就是指使用不能刀具、不同材料和機床進行切削而積累的切削用量選擇經(jīng)驗。 [3~5] 24 銑削用量是指在銑削過程中銑床削速度、進給量和背吃刀量、側(cè)吃刀具和總稱。 1）銑削速度：銑削速度是指銑削主運動（即刀具的旋轉(zhuǎn)運動）的瞬時速度，它一般用主軸轉(zhuǎn)速來表示。 2）進給量：在 CAM 軟件和數(shù)控系統(tǒng)中，進給量一般有兩種表示形式，一種是每齒進給量，指銑刀每轉(zhuǎn)過一個齒時，銑刀與工件之間在進給方向上的相對位移量；另一種是每轉(zhuǎn)進給量，指銑刀每轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)時，銑刀與工件之間在進給方向 上的相對位移量。 3）背吃刀量：是指平行于銑刀軸線方向測量的切削層尺寸。 4）側(cè)吃刀量：是指垂直于銑刀軸線方 向測量的切削層尺寸。 （ 1）背吃刀量和側(cè)吃刀量的選擇 1）粗加工時，在條件允許的情況下，盡量一次切除該工序的全部余量。如果分兩次走刀，則第一次背吃刀量盡量取大值，第二次背吃刀量盡量取小值。 2）半精加工時，背吃刀量一般為 到 2。 3）精加工時，背吃刀量一般為 到 。 （ 2）進給量的選擇 粗加工時，主要追求和是加工效率，要盡快將大部分余量去除掉，此時，進給量主要考慮工藝系統(tǒng)所能承受的最大進給量。因此，在機 床剛度允許的前提下，盡量取大值。 精加工和半精加工時，最大進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確定。 在編程時，除切削進給量外，還有刀具切入時的進給量，該值太大的話，刀具以很快的速度直接撞入工件，會形成栽刀，從而損壞刀具、工件和機床；該項值也不能太小，太小和話刀具從下切速度為切削速度時會形成沖擊。一般可取切削進給量的60%~80。 （ 3）切削速度的選取 切削速度的選擇比較復(fù)雜。一般而言，粗加工時，應(yīng)選較低的切削速度，粗加工時選擇較高的切 削速度；加工材料強度、硬度較高時，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，選擇較高的切削速度，反之取較低的切 25 削速度。 [19~20] 26 高速加工實例 高速加工對刀具路徑的要求 有關(guān)高速加工技術(shù)的研究 可以追溯到 20 世紀 30 年代，則德國物理學(xué)家索羅門（ Car,）博士所提出并獲得德國專利的高速切削技術(shù)（ Machine with High Cutting Speed），有的資料也稱之 為索羅門原理，即每一種被加工材料都有一個臨界切削速度，在切削速度達到臨界速度之前，切削溫度和刀具磨損隨著切削速度增大而增大，而當(dāng)切削速度達到普通切削速度的 5~6 倍時，切削刃口的溫度開始隨著切削速度增大而降低，刀具磨損隨切削速度的增大而減小。 在塑性材料粗加工過程中，傳統(tǒng)的加工方式可以稱為“重切削”方式，即設(shè)置較大的背吃刀量 ap、較大的側(cè)吃刀量 ae 和較低的進給速度 f，從而可以獲得較大的材料去除率，提高加工效率。其不足之處在于，刀具磨損和耗損較大，對工具系統(tǒng)的強度和剛性要求較高。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和較高的進給量 f。實踐證明，隨著切削速度的提高，切屑形態(tài)從帶狀、片狀到碎屑狀演化，所需單位切削力在初期呈上升趨勢，而后急劇下降，高速切削比常規(guī)切削要輕快，切削質(zhì)量和對工具系統(tǒng)的保護都比較好。 到目前為止，理準線界還未能對高速加工形成一個一致的概念。在談到是否達到高速加工時，一般用以下兩個指標來衡量：一是高轉(zhuǎn)速，主軸轉(zhuǎn)速達到 12020r/min；二是快進給量，每分鐘幾十米甚至幾百米。 [3~5] POWERMILL 軟件應(yīng)用于數(shù)控編程的一般過程 1）輸入 CAD 模型：通過 EXCHANGE 模塊輸入 CAD 模型。 2）計算或調(diào)入毛坯：根據(jù)需要通過多種主式定義不同形狀的毛壞。 3）創(chuàng)建或調(diào)用刀具：在 POWERMILL 系統(tǒng)中創(chuàng)建新刀具或調(diào)出刀具庫中己定義好的刀具。 4）定義安全高度：根據(jù)零件形狀定義刀具在加工時的安全高度。 5）定義刀具路徑起始點和結(jié)束點：定義本次銑削工步刀具路徑的起始點和結(jié)束點。 6）定義進給和轉(zhuǎn)速：定義本次銑削加工工步所用的進給和轉(zhuǎn)速。 27 7）根據(jù)加工對象選擇刀具路徑策略，設(shè)定加工參數(shù)并計算出刀具路徑。 8）校驗刀具路徑：檢查刀具路徑是否存在碰撞、過 切等問題。 9）輸出 NC 程序：通過后處理器計算 出 NC 代碼。 實例加工 零件一的加工過程 零件一是個結(jié)構(gòu)較簡單的零件，主要則曲面，平面，圓柱，孔，圓角構(gòu)成。簡要的編程工藝表 41。 工 步 工步 名稱 加工區(qū)域 加工策略 刀具 部分切削參數(shù) 轉(zhuǎn)速 /（ R/MM） 進給量（ MM/MIN） 行距 /MM 1 粗加工 零件整體 偏置區(qū)域清除 D18R0端銑刀 1000 700 10 2 二次粗加工 零件整體 偏置區(qū)域清除 D10R0端銑刀 1000 700 5 3 精加 工 零件整體 三維偏置 D8R0 端銑刀 2020 3000 4 清角光順 零件整體 最佳等高加工 D8R4 球頭刀 3000 4000 表 41 加工步驟： 1.（ 1）轉(zhuǎn)換零件一模型后，將零件輸入到 POWERMILL 軟件中并設(shè)定毛坯，如圖 42 所示。 圖 42 28 （ 2）設(shè)定刀具，并設(shè)置第一把刀具的夾持和刀柄部分如圖 44。 （ 3）設(shè)置開始點和結(jié)束點的位置。如圖 43 所示。 圖 43 圖 44 （ 4）單擊快進高度按鈕，設(shè)置參數(shù)計算刀具安全高度。 （ 5）單擊進給和轉(zhuǎn)速按鈕，設(shè)置進給和轉(zhuǎn)速按鈕如圖 45 所示。 （ 6）單擊刀具路徑按鈕，打開刀具路徑選項，選擇偏置區(qū)域加工并設(shè)置相關(guān)參數(shù)，如圖 46 所示。 （ 7）右擊刀具路徑進行刀具的過切和碰撞檢查，并確定無誤。 （ 8）進行刀具路徑的加工仿真。 29 圖 45 圖 46 30 圖 47 粗加工完成后，粗加工使得毛壞的大量余量被清除為后面的半精加工 、 精加工打下了很好的毛坯基礎(chǔ)，使得后面的加工更加順利。其加工刀具路徑如圖 47，加工完成后如圖 48 所示。