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高效安全CAM系统让机床和刀具发挥最佳性能
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英国(Delcam)中国有限公司 翟万略
 
 
数控机床经历近年快速发展,随着刀具技术、软件技术的发展,传统的五轴高速加工理论一定程度上有了新的诠释,对五轴高速加工逐步以五轴高速、高效、低成本的基本发展思路,改变五轴高速未必高效的现状,在可靠的五轴高速加工机床、刀具技术、数控系统、刀具夹持技术取得可靠进展的状况下,真正改变五轴高速不高的现状,软件技术是让机床刀具发挥最佳性能的基础元素。
五轴高速加工机床,逐步被较多的企业采购,对于五轴高速加工机从众所周知的基本元素主轴转速超过20000转就是五轴高速加工机,辅以直线导轨、平面电机、数控系统前瞻功能等就是高端五轴高速加工机,而对五轴高速加工深层内容关注不够,例如:主轴动平衡参数、数控系统加减速参数、驱动方式、力矩电机、精度稳定性趋势等,这些复杂的条件中每家机床厂商都有较大的差别,具体五轴高速加工机床主要元素及合理性能价格比,企业可以根据相应的需求进行选择;五轴高速加工不单纯是硬件技术,而是制造业工艺技术的创新,从这个角度考虑,五轴高速加工的出现,带来的是数控加工工艺的创新,高的主轴转速和非常高的刀尖线速率,小的切削步距和更多的加工步骤,恒定的切削负载和恒切削量及避免切削方向突然变化,通过以上条件,我们能清除的认识到,对五轴高速加工来说,并不是让传统的NC程序跑的更快,真正基于五轴高速加工考虑的软件系统是实现五轴高速加工工艺的必须选择,五轴高速加工策略和安全高效的CAM系统,使保证五轴高速加工机高效工作和安全的重要要素。
对五轴高速加工软件系统,需要具备操作的高可靠性,做到最少的人工干预;全程无过切;避免机床发生碰撞事故的可靠机床仿真和优化装卡;对于为五轴高速加工机编程,需要编程人员在编程过程中依靠软件把可能存在的错误和碰撞通过软件系统的安全功能有效避免,一切都在掌控之中!
以下针对高速五轴机床加工的一些典型工艺进行分析:
一、高速加工工艺对薄壁深腔等余量、等负载切削,对薄壁零件软件自动识别余量采用插铣的工艺有效解决加工变形问题,同时数控加工过程中深腔角落,特别是五轴加工中,因刀具应力变形导致的零件角落应力过切,是航空制造业零件加工的难题,专业的高速加工系统需要有效考虑的不仅仅是正确的刀具路径,而对刀具路径正确,而因工艺问题导致的加工缺陷也需要充分考虑。
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二、高速加工过程中,只有保持恒定的切削负载,才可以是机床、刀具发挥最佳性能,从加工原理分析,数控加工过程中刀具满刀宽切削会使机床负载急剧增加、切削热快速积累、同时排削困难,严重的情况会导致加工事故的发生,所以,在五轴高速加工机床使用过程中大多数采用小切深,快走刀,高速不高效、刀具损耗大的方式进行,在专业的高速加工软件系统中,采用自动摆线等方式解决刀具负载的问题,让刀具在等载荷、等切削量、有效排削的状态下可靠工作,如下图自动摆线加工方式,该高速加工功能在刀具产生满刀宽切削的时候自动采用自动摆线(机床商和刀具商通常称其为“片铣”)的方式进行加工,可以采用大切深快走刀的方式进行,加工效率是传统方式的2~3倍,五轴高速机床和高效刀具的性能发挥依赖于先进的加工策略。
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 三、赛车道加工策略,高速五轴机床在工作过程中,因切削速度较高,传统软件因模型形状会使刀具路径根据模型仿形原则,刀具路径拐点较多,这样导致设备在工作过程中不断的加速、减速,假定我们设置的速度为3000mm/min,那么工作过程中可以看到实际速度甚至会降低的设定速度10%,赛车道高速加工策略通过优化算法,最大限度地光顺刀具路径,最大限度地采用直线的路径,接近模型时逐步逼近为模型的轮廓形状.
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以下两图是传统刀具路径加工和赛车刀加工路径比较,前图刀具当前折点位置,机床理论上需要多个轴同时停下来,然后再加速到设定速度,降速比非常大,同时刀具在当前位置短暂的停顿,道具和加工工件之间存在高温区干摩擦,快速形成切削瘤,对刀具寿命造成严重影响,后图最大限度光顺刀具路径,避免折点出现,内部形状和外部形状有很大差异,有效避免高速加工存在的问题。
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四、五轴高速机床的工作过程要最大限度避免人工干预,对刀具、刀具夹持、机床工作台之间存在的碰撞关系,是机床安全工作的关键,
              运算刀把的安全轮廓范围–每条刀具路径皆可单一的快速运算夹头安全,轮廓范围,并实时做刀具路径的碰撞检查,
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你可弹性的替换夹头。自动运算安全的夹长–相同刀具在多条不同的路径, 可自动的运算最大安全轮廓。
五、五轴高速加工机床随着软件技术的发展,使五轴编程变得非常简单,Powermill新的自动避让技术、叶轮专业加工模块、自动闭角区域识别生成适合不同刀具的路径,全机床加工环境仿真避免安全事故,同时Powermill所有的3轴策略可以自动转换为五轴加工策略,让软件操作人员使用软件过程中,软件智能化的工具能够使我们快速获得安全高效的五轴高速路径
自动碰撞避让技术,软件根据刀具夹持和零件之间的关系进行碰撞关系计算,并根据零件形状产生安全的五轴路径,在不碰撞的时候,自动生成3轴路径,整个过程万泉自动,软件和零件之间的碰撞和过切检查,加工相应零件时多把刀具加工后残留模型,也可以作为碰撞检测模型。
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六、关于高速五轴加工机床工艺稳定性和精度稳定性评估,是进行高精密加工的必备手段,企业往往不具备此类手段,CAM软件技术除了给机床提供高效安全的加工程序,同时数控加工机床毕竟是机械系统,工作状态依然是依然是影响机床发挥最佳性能的关键因素之一,假如一台高速五轴加工设备从新机床工作6个月后和初始调试精度之间的误差究竟有多大,是否还适合当前零件的加工,Delcam公司针对数控加工车间数控加工过程质量控制(Delcam OMV); 数控机床工艺检测系统NC-Checker,加工机床和测头系统的健康检查,测头校准,测头性能评测,测头重复精度,五轴机床测头重复精度,转台性能等;自适应加工系统(NC PartLocator) 是一自适应加工模块,可用于零件的自适应加工及工件和夹具精确定位。
以上从高速五轴编程部分基本需求及原理进行阐述,高速五轴加工软件系统,需要具备良好的工艺性、安全性、最少的人工干预,先进的高速五轴编程系统是发挥五轴高速机床和先进刀具性能的必要工具;缺少优秀编程系统的高端数控加工机床,高速、高效安全加工将是空谈,限于篇幅,仅仅列举部分先进的高速加工策略与五轴策略大家共享


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