powermill高速切削数控编程策略与实例研究毕业论文(编辑修改稿)

powermill高速切削数控编程策略与实例研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

系统，并可接爱各类 CAD 系统的模型数据，因此可与 CAD 系统分开使用，单独运行于加工现场等，使编程人员得以清晰地掌握现场工艺条件，高效地编制符合加工工艺要求的加工程序，减少反复，提高效率。 ，先进智能 数控加工是以模型为结果，以工艺为核心的工程过程，应该采取面向整体模型、 7 面向工艺特征的处理方式。 而传统的 CAM 系统以面向曲面、局部加工为基本处理方式。 这种非工程化概念的处理方式会造成如下一些问题： 1）不能有效地利用 CAD 模型的几何信息，无法自动提取模型的工艺特征，只能人工提取，甚至靠重新模拟计算来取得必要的控制信息，增大了操作的繁琐性，影响了编程质量与效率，导致系统的自动化程度与智能化程度很低。 2）局部加工计算方式靠人工或半自动进行过切检查。 因为不是面向整体模型为编程对象，系统没有从根本上杜绝过切现象产生的可能，因而不适合高速加工等新工艺在新环境下对安全的新要求。 Powermill 软件系统面向整体模型加工，加工对象的工艺特征可以从加工模型的几何形状中获取，如浅滩、陡峭加工区域、残 余加工区域和加工干涉区域等，各加工部位整体相，全程自动过切防护，具体表现在以下三个方面： 1）编程时，编程人员仅需考虑工艺参数，确定后 Powermill 可根据加工对象几何形状自动进行程序编程。 2） 编程人员可根据工艺信息库，自动选取加工刀具、切削参数、加工步距等工艺信息进行编程。 ，粗、精加工合计三十多种刀具路径策略可供用户选择使用。 对于各类常用数控加工工步 —— 粗加工、精加工、残余加工、清根等 Powermill 都把它们做得十分巾近加工，操作感觉就如同在现场控制加工，非常符合工程 化概念，易于接受，易于掌握。 3. 基于工艺知识的编程 Powermill 系统实现了基于工艺知识的编程，具体体现如下 1） Powermill 系统提供工艺信息库，信息库中包含刀具库、刀柄库、材料库、设备库等工艺信息子库，可在编程人员选择使用某一种设备、刀具、材料时，自动确认主轴转速、下切速率、进给速率、刀具步距等一系列工艺参数，大大提高了工序的工艺性，并利于标准化。 2） Powermill 可记录标准工艺路线，制作工艺流程模板，使用相同工艺路线加工同类型工件。 3） 当零件参数变化后，系统可全自动处理刀具的相关信息。 4．支持高速加工，技术先进 英国 Delcam 公司是唯一一家拥有模具加工车间的 CAD\CAM 软件开发商，公司 8 先后购入多台高速加工设备，以进行高速加工工艺和 CAM 系统的实际加工研究，积累了丰富的工程经验。 1． 刀具路径光顺化处理功能。 使用 Powermill 系统的优化处理功能可以计算出符合高速加工工艺要求的高效的刀具路径。 2． 基于残余模型的智能化分析处理功能，大大减少了刀具路径中的空行程段（空刀），因而也就减少了不安全的切入和切出刀具路径段。 3．在 CAM 领域率先推出进给量（ F 值）优化处理功能，使设备效率很高。 工艺系统在最平稳的状态下工作，可提高加工效率 30%以上。 4．支持 NURBS(非均匀有理 B 样条曲线 )插补功能， Powermill 系统后处理出来的NC 代码可用于所有提供 NURBS 插补功能的数控系统。 ，能快速入门，界面风格简单，选项设置集中 Powermill 软件的操作过程是完全模拟铣削加工工艺过程的。 从输入零件模型到输出 NC 程序，该软件操 作步骤较少（通常是 8 个步骤左右），初学者可以快速 掌握，有使用其他软件编程经验的人员更可以快速提高编程质量和效率。 Powermill 软件的另一个明显特点是它的界 面风格非常简单、清晰，令人耳目一新。 而且，创建某一工步（例如精加工）的刀具路径时，其各项参数设置基本上集中在同一张窗口（ Powermill 软件称之为表格）上，修改时极为方便。 PowerMILL 软件的主要功能及策略分析 1．能读取各类数握格式的 CAD 模型文件 Powermill 软件通过调用同属于 Delcam 公司旗下的数据交换模块 Exchange, 可以将各类主流 CAD 系统产生的数据格式，包括 EGES、 VDAFS、 ACIS、 Parasolid、pro/E、 CATIA、 UG、 IDEAS、 Solidworks、 Solidedge、 Cimatron、 AutoCAD 和 Rhink 3DM 输入到 Powermill 系统中。 2．高效率的粗加工编程策略 在 Powermill 软件中，称粗重加工为区域清除。 区域清除功能要求尽可能快速地去除余量的同时保证刀具负载稳定，尽量减少切削方向的突然变化。 为实现上述目标，Powermill 软件针对粗加工开发了完善的模型区域清除加工策略，该 策略包括平行、偏置模型、偏置全部三种刀具路径生成方式。 3． 二次粗加工编程策略 9 在 Powermill 软件中 ，称二次粗加工为残留加工。 残留加工刀 具路径将切除前一大直径刀具未 能加工到而留下的材料，小直径刀具将仅加工剩余材料，轻易地实现二次粗加工。 4． 高质量和精加工编程策略 Powermill 软件提供了二十多种高速精加工策略，如三维偏置、等高精加工、平行精加工、投影精加工等。 这些策略可以保证切削过程光顺、稳定，确保得到高精度、光滑的切削表面。 5． 丰富的多轴加工编程策略 一般地，将使用轴数大于三根运动轴的加工方式称为多轴加工，多轴加工方式主要包括四轴加工和五轴加工。 Powermill 系统具备丰富的刀具轴指向控制功能，同时系统提供刀具轴指向编辑、优化功能。 在多 轴加工编程策略方面，通过配合使用恰当的刀 具轴指向控制方式，系统的全部三轴加工策略均可应用于编制多轴加工刀 具路径，同时， Powermill 系统允许使用全系列的切削刀具进行五轴加工编程。 6． 巧秒的刀具路径编辑和连接功能 Powermill 系统提供了丰富的刀具路径编辑工具，可以对计算出来的刀具路径进行编辑和优化。 Powermill 系统在计算刀具路径时，会尽可能地避免刀具的空程移动，通过设置合适的切入切出和连接方法，可以极大地提高切削效率。 7． 刀具路径安全检查及加工仿真功能 Powermill 系统提供的安全检查包括：刀 具夹持碰撞检查、过切检查。 碰撞检 查功能可以检查碰撞出现的深度、避免碰撞所需的最小刀具长度以及出现碰撞的刀具路径区域，过切检查可以探测出过切区域。 系统提供的加工仿真功能包括：刀具路径切削仿真、集成机床的完整加工仿真。 切削仿真功能可以检查过切、碰撞、顺铣、逆铣和加工质量等切削情况，机床加工仿真功能可以确何能最大限度地应用机床的功能，例如，读者可以知道将工件置放于机床工作台的不同位置或使用不同的夹具可能出现的加工状况，可以查看零件的哪种放置方向能得到最佳的切削效果等。 8． Powermill 具有的特色功能 （ 1） 变余量加 工技术 Powermill 系统具备实现变余量加工的能力，可以分别为加工工件设置轴向余量和径向余量。 访功能对所有的刀具类型均有效，可以用在三轴加工上。 变余量加工尤其适合于具有垂直角的工件，如平底型底部件。 另外，在航空工业中，加工这种类型的 10 部件时，通常希望使用粗加工策略加工出型腔底部，而留下垂直的薄壁供后续工序加工。 Powermill 系统除了可以设置轴向余量和径向余量外，还可以对单独曲面或一组曲面应用不同的余量。 （ 2） 赛车线加工技术 Powermill 系统中包含多个全新的高效粗加工策略， 这些策略充分利用了最新的刀具 设计技术，从而实现了侧刃切削或深度 切削。 其中最独特的技术是 Delcam 公司拥有专利权的赛车线加工策略。 在些策略中，随着刀具路径切离主形体，粗加工刀具路径将变得越来越平滑，这样可以避免刀具路径突然转向，从而降低机床负荷，减少刀具磨损，实现高速切削。 9． 摆线粗加工是 Powermill 系统推出的另一种全新的粗加工方式。 这种加工方式以圆形移动方式指定路径运动，逐渐切除毛坯中的材料，从而可以避免刀具的全刀宽切削。 10 进给量优化功能 Powermill 系统使用 PSoprifeed 模块来优化刀具路径进给率，从而得到高效 和稳定的材料切削率。 使用 PSoprifeed 模块可以节省多达 50%的加工时间，提高生产效率。 同时， PSoprifeed 模块还可以降低刀具和机床的磨损，改善加工表面质量，降低机床操作人员的劳动强度。 [7~9] PowerMILL 软件数控加工刀具路径质量 软件对数学模型和要求 刀具路径信据待加工对象的数学模型生成， 如果数学模型有问题，例如存在交叉面、破烂面等，那么系统就有可能 算出错误的刀具路径，或者是要花相当长时间才能计算出刀具路径，有时其至计算不出刀具路径。 高质量的数学模型是实 施数控编程的前提和必要条件。 在生产过程中，产品建模误差一般包括数据输入的随机误差、曲线和曲面的逼近误差、曲线和曲面光顺处理公差以及构造曲面方法不当而产生的误差。 在进行数控编程的前期，要确保数学模型达到如下要求。 a) 产品数学模型 必须是一个完善的、统一的数学模型，不能有遗漏的曲面或多余的曲面存在。 如果曲面存在破孔，应该先用 CAD 软件将这些有问题的曲面修补完整。 b) 产品数学模型不能有数据错误和曲面形状错误存在。 11 c) 产品数学模型必须满足严密的几何拓扑关系， 不允许出现曲面重叠、未修剪曲面、曲面间缝隙过大、曲面间不满足切线 连 续或曲率连续等几何拓扑错误。 d) 产品数学模型应是光滑连续的顺畅模型，在两个曲面的交线处，应当采用适当的圆角进行过渡处理，确保数学模型的连续光滑性。 e) 数学模型中的曲面要求等参数曲线分布合理、均匀，曲面不能有异常的凸起和凹坑。 [3~5] 高质量和高效率刀具路径和衡量标准 对于同一个加工对象，往往可以用多种加工策略来计算刀具路径，那么哪一种加工策略对该加工对象的编程加工而言是产品质量最优、加工效率最高的呢。 一般可以从以下几个方面来衡量所生成的刀具路径质量和效率和优劣。 1） 刀具路径应无碰撞现象： CAM 软件生成 的刀具路径，应该绝对避免机床主轴、铣头或刀具碰撞到工件，从而致使操作人员、机床受损伤或工件被破坏。 2） 刀具路径应无过切现象：刀具运动（即刀具路径）应该准确无误，无过切、扎刀等带有加工危险的问题刀路。 3） 刀具路径应分布均匀：生成的刀具路径应该分布均匀、整齐，各条刀具路径之间的行距要均匀，不能在零件平坦面处行距均匀而在零件陡峭部分变得稀疏。 这样加工出来的零件其尺寸和表面都会达不到要求，同时也会增加钳工修整的困难程度。 4） 生成和刀具路径应尽量保证刀具在加工过程中吃刀量和吃刀宽度均匀、一致，避免刀具在零件陡峭部件吃刀量突 然增加，避免刀具在零件的狭窄长槽部分吃刀宽度突然增加。 要尽量确保刀具在加工过程中受力均匀，工件和刀具变形小，以确保零件的加工精度。 5） 提刀次数少、刀具的空行程少：生成的恨具路径应避免空走刀轨迹的产生，尽量减少抬刀、进退刀的次数，以提高加工效率。 12 3．零件的建模与工艺分析及加工工艺注意事项 POWERMILL CAM 软件是独立的 CAM 软件，在其中进行加工和模拟仿真时。 必须先用其它的 CAD 软件先对零件进行三维建模，然后把做好的三维零件导入到POWERMILL 中进行模拟加工。 Powermill 软件通过 调用同属于 Delcam 公司旗下的数据交换模块 Exchange, 可以将各类主流 CAD 系统产生的数据格式，包括 EGES、VDAFS、 ACIS、 Parasolid、 pro/E、 CATIA、 UG、 IDEAS、 Solidworks、 Solidedge、Cimatron、 AutoCAD 和 Rhink 3DM 输入到 Powermill 系统中。 零件的建模与工艺分析 用 PROE 对零件进行三维建模 1． PROE 简介 [13] PROE 是当今世界上最普及的三维 CAD/CDE/CAM 系统软件之一，其具 有零件设计、产品装配、模具开发、钣金设计、 NC 开发、造型设计、机构仿真和铸件设计等强大强能，在航天领域、机械、电子、汽车、家电以及玩具等工程设计领域中有 %以上的设计任务是通过它来完成的。 对各种三维造型有极其强大的功能和造型命令。 参数化设计，全关联性数据库等特点和绝对主导地位使其己经成为工程设计人员的“入门标准语言”。 因此在本次任务中选择 PROE 来进行三维建模。 2．分析零件并进行三维建模 如图所示为本次加工零件的二维 CAD 图纸，图一为拔叉板零件、图二为平板零件、图三为凸模零。