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PowerMILL高速铣削加工技术在模具制造中的应用

UGCAD视频网 / 2012-12-02
摘要:介绍了DELCAM PowerMiLL的高速铣削加工策略,并通过实例,较为详细地讲述了运用PowerMill进行数控加工的过程。

1 引言

随着塑料工业的快速发展,塑料模具行业取得长足进步,当前塑料模具正朝着大型化、复杂化、精密化和多腔化发展。这就对模具的设计者和加工者提出了更高的要求。Powermill 是英国Delcam PLC公司开发的专业化高速铣削加工软件,适用于具有复杂形体的产品、零件及模具的设计制造,广泛地应用于航空航天、汽车、船舶、内燃机、家用电器、轻工产品等行业,特别对塑料模、压铸模、橡胶模、锻模、大型覆盖件冲压模、玻璃模具等设计与制造具有明显的优势. 其智能化过切保护、刀具过载保护、丰富的高速加工细节处理、刀杆与刀柄碰撞检查、优化的计算方法等优点,成就了其作为基于知识的数控编程软件行业中的领先地位;其专业化及独有的高速加工策略成为高速铣削数控编程的首选。为了缩短模具设计制造周期,提高加工精度,采用了基于Powermill的模具高速加工技术.结果表明,通过优化刀具路径,能适应模具高速加工要求,具有较好的应用价值。

数控高速铣削加工技术已广泛地应用于模具制造行业之中。高速切削的基本出发点是利用高速低负荷状态更快地切除材料。高速切削的最大特点是主轴转速及进给速度都很高,高速切削可使大部分的切削热通过切屑带走,以减少零件的热变形;低负荷切削意味着可通过减小切削深度而减轻切削力,从而减少切削过程中的振动和变形。

同传统铣削相比,高速铣削工艺有其特殊性,除了要有高速切削机床和高速切削刀具之外,具有与之相匹配的加工编程软件也是至关重要的;在选择了刀具和加工参数后,加工方法的选择和相应的刀轨规划就成了关键。

对高速铣削刀轨的主要要求是:①刀具不能与零件产生碰撞;②避免材料切除率的突然变化;③切削方式( 顺铣或逆铣) 应保持恒定;④应避免切削方向的突然变化;⑤尽量减少刀具的空程移动。

PowerMILL 高速加工策略

(1)粗加工策略。

粗加工的主要目标是追求单位时间内的材料去除率,并为半精加工准备工件的几何轮廓。PowerMILL的粗加工采用区域清除方式,其下切或行间过渡部分应该采用斜式下刀或圆弧下刀,并且尽量采取顺铣的加工方式,刀具路径的尖角处要采用圆角的光顺处理,这样才可能地保持刀具负荷的稳定,减少任何切削方向的突然变化,从而符合高速加工的需求。同时在 PowerMILL 的粗加工中应采用以下加工策略:①尽量使用偏置加工策略而不是使用传统的平行加工策略。在可能的情况下,都应从工件的中心开始向外加工,以尽量减少全刀宽切削;②赛车线加工(Race Line Machining)是Delcam推出的专利高速加工方式,它模拟了赛车的原理,最大化地消除了刀具路径中的尖锐拐角,刀具保持了恒定刀具负荷和排屑率,使得刀具负荷更加稳定,改善加工质量;③摆线粗加工是Delcam推出的另外一种高速加工方式。在刀具过载的区域,采用摆线加工,可显著提高加工效率,延长刀具寿命,减少对机床的冲击。

(2)半精加工策略。

半精加工的主要目标是使工件轮廓形状平整,表面精加工余量均匀。PowerMILL 是基于知识的专业加工软件,它的残留粗加工能自动识别上一道工序的残留区域和拐角区域,自动判别在上一道工序留有的台阶的层间进行切削,系统智能地优化刀具路径,使用户能够获得空走刀最少的优化的刀具路径。

(3)精加工策略。

精加工的主要目标是获得几何尺寸、形状精度及表面质量的工件。PowerMILL 的精加工的连接处应尽量采用圆弧或螺旋等方式切入切出工件,要尽量减少抬刀次数和减少刀具路径频繁方向的变化。同时在PowerMILL 的精加工应尽量采用以下加工策略:①优化平行加工,在刀具路径的尖角处采用圆角的光顺处理,可显著提高加工效率,延长刀具的寿命,减少对机床的冲击;②螺旋3D偏置加工,避免了平行加工策略和偏置加工策略中出现的频繁方向的突然改变,从而提高加工速度,减少刀具磨损;③最佳等高加工,PowerMILL 系统会自动利用区域分析算法对陡峭和平坦区域分别处理,计算适合等高及适合使用类似3D偏置的区域,并且同时可以使用螺旋方式,在很少抬刀的情况下生成优化的刀具路径,获得更好的表面质量;④等粗糙度等高加工,按照残留量,自动计算等高刀具路径的下切步距,可显著提高加工效率和曲面加工质量。

(4)清根加工策略。

PowerMILL和其它的CAM软件的刀路轨迹基本一致,但是PowerMILL在抬刀、入刀、以及跨越方面提供了较为丰富的选项,PowerMILL通过提前在“刀具切入切出和连接表格中”设置参数,可将刀轨之间的连接分为短连接、长连接、以及安全高度三种方式,其中短连接中可以选择“在曲面上、掠过、相对、安全高度”等七种跨越方式,长连接和安全高度也分别提供了“安全高度、相对、掠过”三种跨越方式,而且PowerMILL自动将所有的退刀和跨越都设置成快速移动,这样提高了加工效率,节省了加工时间,在入刀方面也可以设置最小安全平面,在刀具到达最小安全平面前,刀具都以快速移动方式移动,特别值得注意的是,PowerMILL的抬刀、入刀以及跨越方面的设置不仅仅对清根有效,他对PowerMILL提供的一切加工功能都起作用,大大方便了我们在抬刀、入刀以及跨越方面的使用。PowerMILL 的清根方法有笔式、缝合、沿着、自动、残余量清根等,可达到十多种,安全性好,考虑周到。

3 编程实例

(1)载入模型。

PowerMILL 能够自身或借助于PS-Exchange(图形格式转换)读入多达14种以上的常见数控软件的图形文件,打开“文件—输入”模型,载入图1所示图形。

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图1 工件模型

(2)参数设置。

a.毛坯大小的设定。

在 PowerMILL 中,毛坯扩展值的设定很重要。如果该值设得过大将增大程序的计算量,大大增加编程的时间,如果设得过小,程序将以毛坯的大小为极限进行计算,这样很有可能有的型面加工不到位,所以,毛坯扩展的设定一般要稍大于加工刀具的半径,同时还要考虑它的加工余量。

b.坐标系的设定。

建立加工坐标系有以下原则:一般情况下应与工作坐标系一致;坐标原点要定在有利于测量和快速准确对刀的位置;根据机床坐标系和零件在机床上的位置确定加工坐标轴的方向。根据以上原则,通过PowerMILL 用户坐标系功能将工作坐标系与加工坐标系重合,坐标原点定在工件X-Y平面的分中处,Z方向可根据情况设置在工件的最高处或最低处。

c.进给率的设定。

进给率的设定较为方便,可根据加工情况而定。

d.快进高度的设定。

快进高度包括两项:安全高度和开始高度。安全高度的设置,一般按 PowerMILL 按安全高度重设自动生成。相对高度设置为掠过。

e.开始点与结束点的设定。

选择“按毛坯中心安全高度”设置开始点及结束点。

f.切入切出和连接方式的设定。

高速加工时切入切出采用圆弧或螺旋等方式连接。

g.刀具的设定。

刀具的设定可根据加工情况进行,在设定刀具时,最好将刀具名称设为与刀具大小相同,这样的命名方式有利于编程时对刀具的选用和检查。本例选取了4把刀(D10、D6R2、D4R2、D4),图2所示为进行了相关设置的模型图。

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图2 根据工件的大小设置合适的毛坯尺寸

(3)加工策略。

根据加工要求,本例采用粗加工→半精加工→精加工→清角加工的加工顺序。

a.粗加工策略。

粗加工选用偏置区域清除加工方式,将毛坯的大部分余量去除掉,然后再进行半精加工。

图3所示为采用φ10mm 的平刀,偏置区域清除之赛车线加工得到的刀轨。

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b.半精加工策略。

半精加工采用偏置区域清除之残留加工方式,选用φ6R3mm的圆刀,将粗加工余量均匀化,以便进行精加工操作。

c.精加工。

在精加工中,除非模具型面高度变化比较大,否则最好选择平行加工。因为平行加工不但计算速度快,而且刀具路径光顺,加工出的模具型面质量好。但平行方式会在局部型面产生步距不均的现象。对模具型面高度变化比较大的,加工策略选用最佳等高、三维偏置等策略。图5示为采用φ4R2mm的球刀,最佳等高加工方式得到的刀轨。

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图5 二次开粗加工轨迹图

d.清角加工。

清角加工也称为局部精加工。清角加工采用多次加工或系列刀具从大到小的加工策略。图5所示为采用φ4mm的平刀,自动清角加工方式得到的刀轨。 通过 PowerMILL 的仿真功能,得到的加工效果如图6所示。

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e.检查工件,编辑程序。

如:这是二次开粗用的一段程序:

%
:0002
N10G91G28X0Y0Z0
N20G40G17G80G49
N30G0G90Z15.
N40T3M6
N50G54G90
……
N440X45.839Y44.761S1500M3
N450G43Z10.H3M8
N460G1Z-.099F500
N470X45.937Y44.779F1000
N480X47.132Y44.767
N490X48.327Y44.729
N500X48.363Y44.743
N510X48.379Y44.779
N520Y45.442
N530X49.299Y46.325
N540X50.Y46.81
N550X50.751Y46.325
N560X51.543Y45.442
N570Y44.558
N580X50.751Y43.675
N590X50.Y43.296
……
N3350X11.874Y23.23
N3360G0Z15.
N3370M9
N3380G91G28Z0
N3390G49H0
N3400G28X0Y0
N3410M30

4 结束语

PowerMILL是Delcam开发的一个独立运行的高速CAM系统。它可由输入的模型快速产生无过切的刀具路径。通过以上实例,较为详细地说明了PowerMILL在高速铣削加工中的应用。
 

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