在過去幾年，中國(guó)大量引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)加工設(shè)備，檢測(cè)設(shè)備，在硬件方面已經(jīng)達(dá)到了較高的水平，解決了中國(guó)在機(jī)械加工制造領(lǐng)域的硬件問題，繼而引出的事先進(jìn)的CAD/CAM系統(tǒng)的引進(jìn)與采用，同時(shí)也到了并非解決CAM軟件有沒有的問題，而是尋求更高的層次的高速、五軸技術(shù)，如何提高加工加工效率、編程質(zhì)量、提高機(jī)床安全性、設(shè)備利用率、節(jié)約刀具成本等，另外在國(guó)際上更先進(jìn)的制造技術(shù)，例如：數(shù)控機(jī)床在線質(zhì)量控制系統(tǒng)(OMV)，自適應(yīng)加工(FS-FIXTURE)等在空客、波音/麥道、GE航空、NASA、Hyde集團(tuán)、Goodrich大量應(yīng)用的先進(jìn)技術(shù)，在國(guó)內(nèi)仍然需要進(jìn)一步引進(jìn)消化以決定是否可以一棍子打死。制造業(yè)的木桶原理同樣存在，一個(gè)環(huán)節(jié)的落后，導(dǎo)致的結(jié)果將仍然是整體落后。

　　CAD/CAM在國(guó)內(nèi)眾多的企業(yè)有廣泛應(yīng)用，并且具備相對(duì)較高的水平，“較高”只是針對(duì)國(guó)內(nèi)自身水平、較大企業(yè)內(nèi)部不同車間或分散應(yīng)用單位相對(duì)而言，那么，提高CADCAM更深層次的應(yīng)用水平而非軟件本身，更多的依賴軟件提供的技術(shù)、軟件新的功能進(jìn)行真正意義的高速加工、高效加工應(yīng)用。

　　1、 高速高效加工

　　高速加工切削系統(tǒng)主要由高速切削的高速加工中心、高性能的刀具夾持系統(tǒng)、高速切削刀具、安全可靠的高速切削CAM軟件系統(tǒng)，因此說高速加工是一項(xiàng)龐大的工程。

　　高速加工設(shè)備的大量應(yīng)用，對(duì)編程系統(tǒng)的要求越來越高，價(jià)格昂貴的高速加工設(shè)備對(duì)軟件提出的更高的要求--安全性、有效性。高速加工走刀速度是常規(guī)加工的10倍或更高，任何編程過程的失誤如過切、干擾、碰撞等都會(huì)造成非常嚴(yán)重的事故，而且由于高速運(yùn)動(dòng)，無法靠人工急停來預(yù)防，高速加工設(shè)備是非常貴重的設(shè)備，任何意外事故都會(huì)給企業(yè)造成不可估量的損失，需要CAM系統(tǒng)必須具備全自動(dòng)的(而不能是半自動(dòng)或人工的)防過切，防碰撞功能，確保NC指令的絕對(duì)安全性，是對(duì)高速加工設(shè)備提出的一個(gè)基本要求。另外要保證刀具路徑的光滑平穩(wěn)，來確保零件加工質(zhì)量和機(jī)床主軸等部件的壽命，以及刀具在切削過程中載荷均勻性。CAD模型的質(zhì)量也是非常重要(本文不做討論)。

　　A、賽車道加工技術(shù)和自動(dòng)擺線加工技術(shù)

　　高速加工的粗加工所應(yīng)采取的工藝方案是：高切削速度、高進(jìn)給率和小切削量的組合，PowerMILL的粗加工(區(qū)域清除)盡可能地保持刀具負(fù)荷的穩(wěn)定，減少任何切削方向的突然變化，從而減少切削速度的降低，并且盡量采取順銑的加工方式。

　　PowerMILL粗加工中的賽車線加工方式，把刀具路徑看成賽車在跑道內(nèi)高速行駛，賽車可以偏離跑道的中心，從而產(chǎn)生類似于賽車在跑道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)路徑，賽車可以在不失速率的情況下來轉(zhuǎn)彎。增加了刀路運(yùn)動(dòng)的光滑性、平衡性，避免刀路突然轉(zhuǎn)向，頻繁的切入切出所造成的沖擊。

　　PowerMILL粗加工中另外一個(gè)特有加工功能，自動(dòng)擺線加工選項(xiàng)，擺線加工是利用刀具沿一滾動(dòng)的圓的運(yùn)動(dòng)來逐次、逐層對(duì)零件表面進(jìn)行高速、高效、小切量的切削，以前對(duì)高速加工的要求是，必須保證使用比傳統(tǒng)加工方法小的行距和下切步距。最新切削刀具技術(shù)和CAM技術(shù)的發(fā)展，使得下切步距大小不再受到限制，采用擺線加工方式可可在高速加工中采取大下切步距，擺線加工還能減少全刀寬切削，并且其產(chǎn)生的刀具路徑始終是光滑、平穩(wěn)的，PowerMILL的智能余量識(shí)別功能，能在大加工量、全刀寬、拐角等區(qū)域自動(dòng)判定，自動(dòng)采用擺線加工方式。從而使擺線加工方式在大余量的粗加工中得以應(yīng)用。

　　B、干涉檢查及后編輯：

　　在編程過程中，你可以用你要用于加工的實(shí)際刀具長(zhǎng)度，刀夾尺寸進(jìn)行干涉檢查，系統(tǒng)可以根據(jù)你的設(shè)置快速檢查刀具、刀柄、夾具是否干涉，實(shí)際加工過程中刀具、刀柄、夾具的干涉碰撞是操作者最為擔(dān)心的問題，PowerMILL提供精確的刀具、刀柄、夾具的干涉檢查，自動(dòng)截掉發(fā)生碰撞的刀具路徑與指令，并可以給出不發(fā)生碰撞的最短夾刀長(zhǎng)度，指導(dǎo)操作者最優(yōu)化備刀準(zhǔn)備，具有非常實(shí)用的意義。用高速加工狀態(tài)下，完全避免過切和刀具夾持碰撞檢查更加重要，因?yàn)槿魏芜@樣的損壞都將更加嚴(yán)重。高的運(yùn)轉(zhuǎn)速度使操作者在加工中發(fā)現(xiàn)任何問題都無法停機(jī)，因而加工前一定要用ViewMILL 檢查刀具加工路徑及仿真檢查進(jìn)行結(jié)果校驗(yàn)，高速加工狀態(tài)下，刀具碰撞和過切問題顯得更加嚴(yán)重。PowerMILL 的刀具夾持碰撞檢查和過切避免功能消除了NC 程序員對(duì)此的憂慮。

　　C、切削速度的優(yōu)化高速控制器具有NURBS 選項(xiàng)

　　使用PS-Optifeed優(yōu)化F值，系統(tǒng)可以根據(jù)生成刀具路徑在切削時(shí)的切削量的變化，自動(dòng)進(jìn)行速度優(yōu)化處理，也就是說在切削量小的地方加快切削速度，而在加工余量大的地方增加切削速度，從而縮短加工時(shí)間，提高了工作效率，減少刀具的損壞，延長(zhǎng)刀具的壽命，保證了機(jī)床和刀具需要的切削載荷的更小變化，提高精加工的表面質(zhì)量，優(yōu)化F值后，切削時(shí)切削速度根據(jù)余量的變化曲線。

　　D、高速控制器具有NURBS 選項(xiàng)

　　最新的高速控制器具有NURBS 選項(xiàng)，從而允許用一系列曲線運(yùn)動(dòng)而不是大量的短的直線運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行精加工。這樣過程控制不再是速度瓶頸，因而加工速度就更加提高。由于每一段NURBS 運(yùn)動(dòng)更長(zhǎng)，機(jī)床控制器能向前看得更遠(yuǎn)，這樣，使得路徑設(shè)計(jì)和進(jìn)給速率設(shè)置更加智能化。同時(shí)，使用曲線路徑比使用一系列直線路徑有更少的速度調(diào)整如減少，減速。產(chǎn)生更適合高速加工的NURBS曲線控制代碼。具備該功能的控制系統(tǒng)包括Siemens840D、Fanuc18i、 Heidenhain等高端系統(tǒng)支持該功能

　　?

     X-6.6569 Y-1.8563 S35000 M3

　　G43 Z-.22 H2 M8

　　G1 Z-.25 F1500

　　X-6.8563 Y-1.6569 F2000

　　G6.2K0 X-6.8563 Y-1.6569 Z-.25

　　K0 X-6.8569 Y-1.6561 Z-.25

　　K0 X-6.8574 Y-1.6552 Z-.25

　　K0 X-6.8579 Y-1.6544 Z-.25

　　??????? ……

　　K1

　　K1

　　K1

　　K0 X-6.8579 Y-1.6544 Z-.25

　　K0 X-6.8594 Y-1.6505 Z-.25

　　K1 X-6.8435 Y-1.6343 Z-.25

　　K2 X-6.7477 Y-1.7301 Z-.25

　　安全五軸加工

　　模塊介紹

　　PowerMILL標(biāo)準(zhǔn)概念的五軸加工可選模塊，完全可以實(shí)現(xiàn)定位五軸加工方式(3+2軸);連續(xù)五軸加工方式，五軸可以同時(shí)運(yùn)動(dòng)，并且確保加工頭在運(yùn)動(dòng)中間或改變軸向時(shí)不與工件及夾具碰撞。

　　新版 PowerMILL 進(jìn)一步擴(kuò)展了其固定軸 5 軸加工功能和連續(xù) 5 軸加工功能。它現(xiàn)在包含有新的 SWARF 加工功能、5 軸輪廓和裁剪功能以及 5 軸投影加工功能。5 軸加工刀具路徑可基于通過點(diǎn)或指向點(diǎn)加工或是自直線或到直線或驅(qū)動(dòng)曲面加工產(chǎn)生。用戶可全面控制前傾和側(cè)傾角，從而使加工安全可靠。

　　B、支持全系列刀具

　　使用PowerMILL進(jìn)行5軸加工的另外一個(gè)非常重要的優(yōu)點(diǎn)是它支持使用全范圍的不同類型的切削刀具，這些刀具包括End mill，Tapered cutter，和Ball-nose，Tipped-radius及 Off-centre， Tipped-radius等。現(xiàn)在有些系統(tǒng)僅限于使用 Ball-nose或End mill，很顯然，僅使用這兩種類型的刀具有時(shí)并這不是最有效的刀具選擇。

　　C、刀具夾持和刀具的5 軸碰撞檢測(cè)

　　PowerMILL自動(dòng)對(duì)產(chǎn)生的全部刀具路徑進(jìn)行刀具夾持和刀具的5 軸碰撞檢測(cè)，這樣可確保加工過程中不出現(xiàn)過切，這對(duì)加工葉輪、螺旋槳、工模具內(nèi)部的小型型腔尤其重要。擁有專門的葉輪、葉盤加工功能。

　　D、五軸應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

　　Delcam針對(duì)航空航天及模具制造五軸加工實(shí)際需求而開發(fā)一系列加工方式，PowerMILL提供加工通過點(diǎn)或指向點(diǎn)及到直線或自直線加工,PowerMILL可自動(dòng)調(diào)整主軸前傾角和側(cè)傾角，以獲得最佳切削條件及避免主軸與工件的碰撞。在不同的加工情況，選擇各式刀具應(yīng)用如平刀、錐形刀，以提升加工品質(zhì)及切削效率，并且PowerMILL中的大多數(shù)加工策略都可采用五軸加工方式來實(shí)現(xiàn)(如圖2)，而達(dá)到最優(yōu)化的加工工藝，。PowerMILL用于葉輪、葉片加工的連續(xù)五軸加工技術(shù)，使五軸數(shù)控加工技術(shù)在加工連續(xù)、平滑、復(fù)雜曲面方面更加簡(jiǎn)單、更安全。

　　五軸加工大大的降低刀具的損耗，雖然使用高速加工機(jī)可設(shè)定快速切削 ，縮短工時(shí)，但刀具磨耗往往是只發(fā)生在刀尖，這樣做相當(dāng)可惜且浪費(fèi) 。使用五軸加工就有所不同了，刀具除了刀尖切削外，更多時(shí)候是使用刀腹切削，所以刀具利用率提升很多。

　　另外PowerMILL還支持懸臂多軸、機(jī)器人多軸等特殊應(yīng)用領(lǐng)域的編程需要。

　　PowerMILL五軸功能的友好界面與方便的操作方式，學(xué)習(xí)起來非常快捷，使操作者能在很短的時(shí)間內(nèi)掌握在過去認(rèn)為非常復(fù)雜五軸編程。

　　五軸設(shè)備的昂貴價(jià)格使用戶對(duì)程序的安全性、可靠性、平穩(wěn)性提出了更高的要求，PowerMILL的全程防過切功能，很大程度上解決了困擾擁有五軸設(shè)備用戶的設(shè)備安全問題、減少編程人員及機(jī)床操作人員的心理壓力，提供了很好的安全保證，減少編程人員及機(jī)床操作人員的心理壓力。PowerMILL產(chǎn)生的刀具路徑的穩(wěn)定性和可靠性信心十足，放心地將這些刀具路徑放加工中心上進(jìn)行無人值守加工。并且PowerMILL的五軸用戶可以在投入很少的費(fèi)用獲得真實(shí)機(jī)床的五軸仿真功能。

　　E、五軸自動(dòng)避讓技術(shù)

　　五軸自動(dòng)避讓，加工在五軸加工中大多數(shù)用在殘留清跟和深腔加工，軟件自動(dòng)判斷碰撞區(qū)域，并自動(dòng)調(diào)整刀軸矢量，用戶可以讓軟件系統(tǒng)根據(jù)全部刀具路徑或選定的部分刀具路徑進(jìn)行碰撞干涉檢查 。

　　軟件會(huì)自動(dòng)區(qū)分當(dāng)前刀具可以加工和不能加工的部分，并分割路徑同時(shí)會(huì)提醒不試用分割路徑的最小刀具伸出長(zhǎng)度，對(duì)碰撞部PowerMILL可以使用自動(dòng)避讓五軸，或編輯部分刀具路徑的刀軸方向，對(duì)一個(gè)區(qū)域僅僅擺動(dòng)一次， 最大限度避免較多的五軸動(dòng)作 ，大幅度提高加工效率.如圖僅僅對(duì)碰撞區(qū)域編輯刀軸為連續(xù)五軸運(yùn)動(dòng)或3+2軸運(yùn)動(dòng)

　　PowerMILL可通過“部件余量”功能為單個(gè)曲面或者一組曲面進(jìn)行加工預(yù)留量的設(shè)定，以實(shí)現(xiàn)各區(qū)域不同余量控制的編程，并且可以使用顏色區(qū)別余量不同的區(qū)域。

　　E、CAM軟件的工藝積累過程

　　對(duì)企業(yè)來說非常重要，POWERMILL擁有先進(jìn)的刀具庫和刀具管理功能，刀具庫等于刀具知識(shí)庫，軟件可以自動(dòng)加栽所選刀具在不同材料和不同加工環(huán)境的切削速度。

　　F、真實(shí)機(jī)床仿真庫

　　內(nèi)置各大機(jī)床廠商機(jī)床庫，用于進(jìn)行安全仿真，用戶可以根據(jù)自己的設(shè)備情況添加自己的設(shè)備庫。

　　G、壁板類零件的五軸順序插銑和插角，功能根據(jù)余量情況分配加工余量，使用插銑的方式保證薄壁件不產(chǎn)生應(yīng)力變形等。

　　3、數(shù)控機(jī)床在線質(zhì)量控制

　　目前通過對(duì)國(guó)內(nèi)航空、兵器制造業(yè)、光學(xué)高精密制造存在的數(shù)控機(jī)床在線質(zhì)量控制問題已經(jīng)普遍存在，同時(shí)這些企業(yè)在使用現(xiàn)在高速、五軸加工機(jī)的制造過程中，已經(jīng)意識(shí)到問題的嚴(yán)重性。都在尋求一種有效的解決方案，那么使用原始CAD模型作為理論依據(jù)進(jìn)行數(shù)控加工過程的產(chǎn)品質(zhì)量控制，嚴(yán)格控制制造過程的相關(guān)尺寸精度公差，型位公差，過程余量與工藝評(píng)估調(diào)整等是一種有效解決方案，本文從該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)嵤┓绞竭M(jìn)行闡述。

　　“在機(jī)檢測(cè)”(OMV)解決方案 OMV 是一種在數(shù)控加工機(jī)床上使用的、用于自動(dòng)化測(cè)量自由曲面和幾何體的離線編程軟件系統(tǒng)。采用在機(jī)檢測(cè)，航空航天制造企業(yè)用戶可方便地在初加工、半精加工等階段就很好地控制產(chǎn)品精度，在加工過程中，當(dāng)零件沒有被從數(shù)控機(jī)床上卸下之前，做出制造過程中是否繼續(xù)、是否返工等的“英明”決定!通過在加工的每一個(gè)階段監(jiān)測(cè)被加工零件的質(zhì)量，從而可節(jié)省大量的加工時(shí)間。它能夠盡早地發(fā)現(xiàn)加工中出現(xiàn)的任何誤差，并盡快地將其修正，從而極大地降低成本(如圖示)。

　　OMV 在機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)，還能監(jiān)控在任意加工工序階段的工件質(zhì)量情況，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修改錯(cuò)誤，從而節(jié)省大量的加工時(shí)間和加工成本。例如，它能精確地檢測(cè)出粗加工之后各曲面的加工余量，而不用等到全部加工完成后才能發(fā)現(xiàn)加工過程中是否存在錯(cuò)誤。OMV 在機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)，還能監(jiān)控在任意加工工序階段的工件質(zhì)量情況，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修改錯(cuò)誤，從而節(jié)省大量的加工時(shí)間和加工成本。例如，它能精確地檢測(cè)出粗加工之后各曲面的加工余量，而不用等到全部加工完成后才能發(fā)現(xiàn)加工過程中是否存在錯(cuò)誤。在一些精密零件的制作過程中，往往會(huì)在最后的工序產(chǎn)生廢品，那么及早發(fā)現(xiàn)問題，避免廢品的出現(xiàn)顯得尤為重要。

　　同樣地，也適用于測(cè)量任何加工失誤造成刀具或工件損壞的程度。舉例來說， PowerINSPECT 能正確地估定出加工刀具的破損量，可以立刻作出決定是否該零件仍能在公差范圍內(nèi)完成加工，抑或該刀具需要報(bào)廢，重新?lián)Q刀。

　　實(shí)現(xiàn) OMV 數(shù)控機(jī)床在機(jī)檢測(cè)，同樣也能惠及那些應(yīng)客戶要求必須提供獨(dú)立產(chǎn)品檢測(cè)的公司。通過直接在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行工件的初步檢測(cè)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修改錯(cuò)誤，避免直到產(chǎn)品運(yùn)送給檢測(cè)者后才發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的情況發(fā)生。

　　檢測(cè)和制造理論數(shù)據(jù)必須要求統(tǒng)一，那么OMV采用和現(xiàn)代數(shù)字制造同樣的理論依據(jù)CAD模型進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)，同時(shí)輸出必須的，另外，(1) 零件質(zhì)量檢測(cè): 型位公差、曲面誤差等，(2) 裝配件的檢測(cè)：裝配誤差檢測(cè)，裝具檢測(cè)，(3) 優(yōu)化調(diào)整指導(dǎo)：裝配優(yōu)化調(diào)整方案也可以充分采用，然后輸出相同的，然后輸出多種形式的檢測(cè)報(bào)告，提供給工藝和制造體系的所有環(huán)節(jié)。

　　對(duì)數(shù)控機(jī)床同時(shí)可以支持五軸機(jī)床，主要優(yōu)勢(shì)在于能夠在不需要重新裝夾工件的情況下，檢測(cè)任何倒勾形面情況。同樣地，它能檢測(cè)到工件內(nèi)部無法直接沿Z軸方向檢測(cè)的特征的加工情況。例如，不同角度上的一系列孔，只需通過一個(gè)步驟就能檢測(cè)完畢。此外，當(dāng)檢測(cè)較深的型腔或側(cè)壁時(shí)，可以采用較短的探針，通過降低刀頭位置靠近工件，并沿著曲面傾斜探針進(jìn)行檢測(cè)。評(píng)估整個(gè)零件的誤差和型位公差。

　　采用 OMV 在機(jī)檢測(cè)，受益最明顯的是那些不具備檢測(cè)能力的生產(chǎn)廠家。大多數(shù)企業(yè)為了檢測(cè)一些大型零部件而花費(fèi)巨額來配備專業(yè)設(shè)備，這樣的情況是不切實(shí)際的。大多現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床都配備了或是可加上幫助工件裝夾的測(cè)量裝置。現(xiàn)在，這些數(shù)控機(jī)床如果配上 PowerINSPECT 的 OMV 模塊，則僅需花費(fèi)極小的一點(diǎn)額外費(fèi)用即可使這些測(cè)量裝置也具備檢測(cè)能力。其脫機(jī)編制完整檢測(cè)數(shù)控程序的功能，盡可能減少加工過程中發(fā)生操作中斷的情況。 同時(shí)進(jìn)行更高端自適應(yīng)加工(PS-FIXTURE)的前提也必須是設(shè)備具備檢測(cè)功能，才能有效的實(shí)施自適應(yīng)加工。

　　總結(jié)：制造業(yè)的發(fā)展得益與數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，Delcam公司作為世界上向?qū)I(yè)CAM方向發(fā)展的的公司，更多的考慮實(shí)際的工藝制造體系的完整，更多的實(shí)際應(yīng)用，軟件存在的根不目的就是提高生產(chǎn)力，軟件的高級(jí)應(yīng)用取決與應(yīng)用企業(yè)的需求與思路，例如：Delcam公司與哈飛合作完成的壁板零件的不等厚展開，解決了業(yè)內(nèi)一個(gè)難題，同樣也值得推廣，復(fù)合材料加工、鈦合金加工、葉輪、葉片加工、切削刀具參數(shù)庫和切削刀具參數(shù)工藝庫載體等技術(shù)，Delcam公司與眾多航空制造業(yè)企業(yè)有廣泛的合作空間。