CAM軟件在高速加工下的應用

高速加工 (High Speed Machining，簡稱HSM)，是相對傳統加工系統而言，通過高性能的機床，以通常意義上的幾倍，甚至幾十倍的加工速度來實現對工件的高精度、高效率加工，最終達到提高生產率的目的。
實用的高速加工技術是與先進數控自動生產線、刀具(工具)、數控機床(設備)、夾具等硬件以及先進的管理模式、技術、理念等軟件相輔相成的。而一旦上述軟硬件具備后，CAM的質量與應用便成為影響高速切削加工的主要因素。

　　引言

　　高速加工 (High Speed Machining，簡稱HSM)，是相對傳統加工系統而言，通過高性能的機床，以通常意義上的幾倍，甚至幾十倍的加工速度來實現對工件的高精度、高效率加工，最終達到提高生產率的目的。實用的高速加工技術是與先進數控自動生產線、刀具(工具)、數控機床(設備)、夾具等硬件以及先進的管理模式、技術、理念等軟件相輔相成的。而一旦上述軟硬件具備后，CAM的質量與應用便成為影響高速切削加工的主要因素。

　　1 高速加工的特點

　　隨著技術的發展，高速加工的概念也在不斷變化，一般而言，高速加工除了具有高的切削速度和主軸轉速外，還應具有高的進給速度。對于不同的切削材料和不同的切削方式，高速加工定義的切削速度的范圍不盡相同。對于切削鋁、鎂合金，切削速度大于1000m/min可稱為高速加工，而對于加工鑄鐵或鋼，切削速度大于305m/min就可以稱為高速加工了。一般精銑加工進給速度可達到5000一15000m/min，快速進給速度可以達到20000一60000m/min。高速加工是體現高切削速度、高進給率和高精度加工的技術。

　　高速加工具有以下典型特點：

　　首先，小切削恒定負荷，快速走刀。高速加工需要恒定的機床負載以及恒定的材料去除率；從而充分發揮高速機床和刀具的切削效率；

　　其次，刀尖切削線速率非常高，主要來自主軸轉速和刀具尺寸；高速加工需要更多的加工工序，即每次切削的深度都相對的淺；

　　此外，高速加工可直接加工淬火材料，高速加工時應避免尖角運動。

　　和傳統的切削加工相比： 以加工航空發動機鎖片模具為例，高速加工一般只需要5道工序：即毛坯淬火處理、粗加工、精加工、超精加工和局部拋光；而傳統加工則需要 8 道以上的工序：即毛坯退火、粗加工、半精加工、淬火處理、電極加工、電加工、局部精加工和人工拋光。通過實測，高速加工時材料去除的速度應為傳統加工的4倍以上，這樣既提高了加工的速度，又省去了鉗工手工打磨的時間，且工件表面加工質量的提高還省掉了修光和電火花等工序的時間。

　　當然，高速加工的實現首先依賴于高速加工的“載體”——機床。針對不同的加工要求，要適當地選擇機床加工場地的大小、具有高速及預處理能力的數控系統、保證低速的高扭矩和高速的切削力的機床主軸、座標軸的驅動裝置、導軌設計、冷卻處理技術和精密位置測量技術等。還要根據被加工工件的體積、硬度、幾何形狀以及排屑量等情況，適當選擇加工軸的數量，使加工過程中機床一直保持著優良的動態性能和穩定性。

　　高速加工時刀具的選擇也至關重要。刀具的徑向跳動要小于0.015毫米，而切削刃的長度不能大于4倍的刀具直徑。根據實際加工環境要優先采用特殊涂層的刀具。對于刀具材料（包括硬度、韌性、紅硬性（高溫狀態下保持切削性能）），刀具的形狀（包括排屑性能、表面精度、動平衡性等）以及刀具壽命都有很高的要求。

　　有了“高技術”的機床和高速刀具系統做保障，需要輔之以更先進可靠的CAM軟件才能實現真正意義上的“高速加工”。　2 高速加工對CAM軟件的要求

　　CAM是現階段計算機輔助制造軟件的統稱，它和好的機床和刀具系統配合，便可高速和高效地加工出合適的零件。
使用好CAM比使用好CAD，在對于人的素質方面會要求更高。使用CAD軟件時只要有一臺個人電腦就行，而對于CAM 來說，操作者不但需要具備電腦知識而且需要具備工藝知識、加工經驗，了解加工母機的性能、了解裝夾零件的要求、了解測量和檢測、了解刀具性能 …… 對于CAD系統來說，一旦設計錯誤(尚未提交加工制造前），可以完全推倒重來或進行某些局部的修改和調整，損失的只是時間；對于CAM來說，在加工時一旦發生錯誤，損失的不僅僅是時間，還會有毛坯的報廢、刀具系統甚至是機床母機的損壞。所以，世界上著名的CAM軟件提供廠商，一直在致力于CAM系統高效加工與安全性的研究。

　　高速加工有著與傳統加工不一樣的工藝要求。數控加工的指令應該包含了所有的工藝過程，因此，用于高速加工的CAM數控自動編程系統需要有其特殊的功能考慮。為了使軟件和設備能夠協調“高速”，必須使軟件具有以下功能：

　　1)CAM 系統應該具有高計算量的編程速度：

　　高速加工中采用極小的進給量和切深，單步量大，故數控程序比傳統的程序要大得多，沒有很高的運算處理能力是無法配合機床運動以及數控系統的執行速度的。快的編程速度使操作人員能夠對多種加工策略進行比較，采取適當的工藝方法，對刀具軌跡進行編輯、調整和優化，以達到最佳的加工效率。

　　2)CAM系統應該具有全程自動防過切處理能力及自動刀具干涉檢查：

　　超過傳統加工10倍以上切削速度的高速加工，如果發生過切，則后果不堪設想。所以一個CAM系統必須具有全程自動防過切處理能力。傳統的CAM 統只對局部的加工編程時，沒有考慮整個工件的情況，這樣極其容易發生過切現象。當過切發生時，只是靠人工的選擇干預的方法來防止，很難保證全局防護的安全性。另外，高速加工的重要特征之一是能夠使用較小直徑的刀具來加工零件的細部結構，CAM系統必須能夠自動地提示最短刀具系統（含刀頭、刀柄和刀夾）的長度，自動進行刀具干涉檢查。

　　3)CAM 系統應該具有進給率優化處理功能：

　　為了能夠確保最大的切削效率又要保證在高速切削時加工的安全性， CAM 系統必須有能夠根據加工時余量的大小，自動調整進給率，保證加工刀具受力狀態的平穩性。

　　4)CAM 系統應該具有豐富的符合高速加工要求的加工策略：

　　相比傳統加工方式，高速加工對工藝走刀方式有其特殊的機能要求，因而要求相配備的 CAM 系統能夠滿足這些要求。

　　(1) 應避免走刀時刀具軌跡的突然變化，保持加工過程中刀具軌跡的平穩和連續性，避免突然的加速或減速，導致因局部過切而造成刀具和設備的損壞；

　　(2) 下刀或刀行間過渡部分采用斜式下刀或圓弧下刀，避免直上直下下刀；