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：

个零件进行工艺分析、 制定工艺路线、确定工艺方案、确定加工参数、选择加工策略最后用 Powermill CAM 软件分别对它们进行模 拟加工，自动编程并导出 NC 程序。 5 2． Powermill CAM 软件简介及策略分析 CAM 软件简介 POWERMILL 是英国 Delcam 公司面向机加工行业推出的 2~5 轴高速数控加工自动编程软件。 该软件面向工艺特征，先进智能，基于工艺知识的积累进行编程优化，具有编程策略丰富、操作过程简单、刀具路径算法先进及编辑功能强大等特色，根据CIMDATA 公司的统计数据，它己经成为数控加工行业市场增工率最高的 CAM 系统。 [10~12] CAM 技术与 PowerMILL 软件 自 20 世纪 40 年代诞生计算机以来， CAD/CAM 技术（英文全写是 Compurer Aided Design/Compurer Aided Manufacrure,翻谇为计算机辅助设计 /计算机辅助制造技术）作为计算机技术主要应用分枝一直处于快速发展的状态。 在机械加工行业，最早应用计算机辅助制造技术是 20 世纪 50 年代美国麻省理工学院 (MIT)利用数控装置实现控制三轴铣床加工复杂嵌面模型。 我们知道，简单零件（其结构要分要素主要为孔、槽、平面胶回转面等规则特征）在普通铣 订上加工还是较容易完成 的，但是一旦零件上包含自由曲面（即便是规曲面，如球面等）特征，其加工过程就难以实现。 这是因为加工此类曲面要求刀具作三坐标空间联合运动，而人工控制是很难实现二维以上的联合切削运动的，但这类曲在习行器、交通工具、家用电器等制造行业中却有极其广泛的应用。 正是在这样一种背景下，宇航制造业内的研发人员率先涉足于使用计算机来控制机床的三坐标甚至多坐标联合运动。 如何实现这一过程呢。 现代制造业加工带自由曲面零件的一般过程是，首先，利用计算机图形学原现和技术将零件的外形数字化，在特定坐标系下以点、线、面、体的形式将要 加工的零件描述出来，这就是 CAD 技术。 有了这些几何元素之后，计算机可以根据几何公式计算出零件上任意点的坐标值来，再配合编程人员设定的毛坯、刀具、切削用量和切削方式等元素，即可计算出刀具要在毛坯上切削出零件外形的刀位点来，将这些刀位点经数据格式转换后规则地传输到机床数控系统，经过数控系统的插补运算实现机床的 X,Y,Z 坐标运动从而加工出零件来，这就是 CAM 技术。 [3~5] 上述过程表明，在现代机械加工流程中， CAM 技术的有效实现是整个零件数控加工过程的关键步骤。 一款优秀的 CAM 软件应能帮助我们高效、高质量、安全 地计算出机床所需要的坐标点数据。 Powermill 软件是英国 Decalm公司推出的一款主要面向三维自由曲面的 2~5轴高 6 速铣削加工 CAM 系统。 它的研发起源于世界著名学府剑桥大学， 1977 年英国 Decalm公司正式成立， 1991 年 Decalm 公司产品正式进入我国。 Powermill 软件的应用主要集中在一些要常常面对三维自由曲面的行业，典型应用领域包括汽车车身覆盖件模具制造业、塑料模具制造业、航空航天器异形结构件制造业、各类型整体模型（如整车模），整体零件（如整体叶轮）制造业等。 Powermill 软件的独特优势 区别于主市面上其余众多的 CAM 软件， Powermill 软件具有以下五个方面的独特优势。 [10~12] 1． 独立运行，便于管理 一些传统的 CAM 软件基本上都属于 CAD/CAM 混合化的系统结构体系， CAD功能是 CAM 功能的基础，同时它又与 CAM 功能交叉使用。 这类软件不是面向整体模型的编程形式，工艺特征需则人工提取，或需进一步经由 CAD 功能处理产生，由此会造成如下一些问题： 1） 不能适应当今集成化的要求。 通常情况下，我们希望软件的模块分布、功能侧重必须与企业的组织形式、生产布局相匹配，而系统功能混合 化不等于集成化，更不利于网络集成化的实现。 2） 不适合现代企业专业化分工的要求。 混合化系统无法实现设计与加工在管理上的分工，增加了生产管理与分工的难度，也极大地阴碍了智能化、自动化水平的提高。 3） 没有给 CAPP 的发展留下空间与可能。 众所周知， CAPP 是 CAD/CAM 一体化集成的桥梁， CAD/CAM 混合化体系决定了永远不可能实现 CAM 的智能与自动化。 随着企业 CAD ,CAM 等技术的成功应用，工艺库、知识库的完善，将来 CAPP 也会有相应的发展，逐步地实再科学意义上的 CAD/CAPP/CAM 一体化集成。 而混 合化的系统从结构上为今后的发展留下了不可弥补的隐患。 Powermill 软件是面向完整加工对象的 CAM 系统，它独立于 CAD 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示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恨具路径，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．。