肖愛武 翟萬略 彭湘蓉

(①湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南株洲 412000;②Delcam中國有限公司，北京 100086)

PowerMILL是一款加工策略豐富的2～5軸的數(shù)控加工編程軟件，具有完善的碰撞和過切檢查功能。由于曲面類工件的曲面元素之間連接關(guān)系復(fù)雜，如何采取措施控制刀具路徑區(qū)域，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高加工效率，是在應(yīng)用軟件時需考慮的關(guān)鍵問題之一。

1 應(yīng)用殘留邊界控制加工區(qū)域

粗加工過后，在模型狹窄區(qū)域殘留了大量加工余量，這些余量的集合就是殘留模型。如圖1所示的座子工件，使用大直徑刀具(32 mm球刀)精加工后，在模型曲面與曲面相接的地方，會因刀具直徑過大無法切入而產(chǎn)生殘留，如圖2所示。這些殘留使用下一工序刀具(如10 mm球刀)沿殘留模型的輪廓走一圈就會形成殘留邊界，如圖3所示。因此，殘留邊界是指上一工序中使用大刀具無法加工的區(qū)域的輪廓線。

本例工件用32 mm球刀精加工后，殘留材料的高度不一，不便于使用小直徑刀具直接進(jìn)行清角加工，可用殘留邊界將這些區(qū)域劃分出來單獨加工。

具體操作步驟為:

①創(chuàng)建10 mm球刀。

②計算殘留邊界。在Powermill資源欄中，右擊“邊界”樹枝，在彈出的快捷菜單中選擇“定義邊界”“殘留”，打開殘留邊界表格，設(shè)置參數(shù)，系統(tǒng)計算出殘留邊界，如圖3所示。

③殘留區(qū)域加工。運用平行精加工刀具路徑加工殘留區(qū)域，刀具路徑如圖4所示。

2 應(yīng)用“淺灘”邊界控制加工區(qū)域

Powermill系統(tǒng)中提到的“淺灘”區(qū)域是指工件上平坦或接近平坦的區(qū)域，系統(tǒng)用淺灘角來區(qū)分工件上的淺灘區(qū)域。淺灘邊界即這些平坦(或接近平坦區(qū)域)輪廓經(jīng)過偏置刀具半徑后形成的輪廓線。

如圖5所示氣蓋工件，其加工表面既有平坦區(qū)域，也有陡峭區(qū)域，單獨運用三維偏置刀具路徑，系統(tǒng)沿三維方向等距形成刀具路徑，可完成工件全面型面的加工，但在陡峭區(qū)域殘留高度不穩(wěn)定，表面質(zhì)量不高，加工效果不理想，如圖5b所示。

若單獨使用等高精加工刀具路徑，系統(tǒng)在模型的陡峭區(qū)域生成行距均勻的刀具路徑，但在工件較為平坦的部分，行距逐步增大，殘留高度越來越大，表面質(zhì)量不高;而在工件平坦的部位則無法生成刀具路徑，如圖6b所示。

若在編程過程中，用淺灘邊界區(qū)分出平面和陡峭區(qū)域，在平坦區(qū)域用三維偏置精加工策略或平行精加工策略生成刀具路徑，在陡峭區(qū)域則用等高精加工策略生成路徑，則可使加工效果較為理想。

具體操作步驟:

①設(shè)置上限角10，下限角0，φ10 mm球刀，計算出淺灘邊界，如圖7a所示。

②用三維偏置刀具路徑加工平坦面，如圖7b所示。

③用等高精加工刀具路徑加工陡峭面，如圖7c所示。

3 應(yīng)用曲面邊界控制加工區(qū)域

曲面邊界是選定待加工曲面和刀具后，系統(tǒng)計算刀具在所選曲面邊緣上產(chǎn)生的邊界線。應(yīng)用曲面邊界控制加工區(qū)域可嚴(yán)格控制刀具只加工所選曲面，而不接觸到相鄰的、未選取的曲面，可有效避免過切現(xiàn)象的產(chǎn)生。如氣蓋工件底部平面精加工時，可應(yīng)用曲面邊界控制加工區(qū)域。

具體操作步驟:

①創(chuàng)建10 mm球刀。

②創(chuàng)建偏置平坦面刀具路徑，如圖8a所示。

③產(chǎn)生曲面邊界。選定需加工的平坦面，在Powermill資源欄中，右擊“邊界”樹枝，在彈出的快捷菜單中選擇“定義邊界”、“已選曲面”，打開邊界表格，設(shè)置參數(shù)，系統(tǒng)計算出曲面邊界，如圖8b所示。

④應(yīng)用曲面邊界控制加工區(qū)域，如圖8c所示。

4 應(yīng)用無碰撞邊界控制加工區(qū)域

無碰撞邊界通過設(shè)置刀具及其夾頭的長度和直徑參數(shù)來計算加工時不會與模型發(fā)生碰撞的區(qū)域，從而形成無碰撞邊界。加工時，邊界內(nèi)的表面可用短刀具進(jìn)行加工，邊界外的表面可用更長一些的刀具進(jìn)行加工。如圖9所示車燈罩凹模工件，工件深約400 mm，為提高刀具剛度，減小振動，確保較高的加工表面質(zhì)量，擬采用兩把直徑20 mm的球刀進(jìn)行精加工，刀具伸出長度分別為70 mm和120 mm，由系統(tǒng)計算出已裝夾的短刀具(刀具伸出長度為70 mm)能加工到的不與模型產(chǎn)生碰撞的部位，應(yīng)用無碰撞邊界控制加工區(qū)域，提高加工效率。

具體操作步驟:

①創(chuàng)建兩把20 mm球刀，伸出長度分別為70 mm和120 mm。

②產(chǎn)生無碰撞邊界。在Powermill資源欄中，右擊“邊界”樹枝，在彈出的快捷菜單中選擇“定義邊界”、“無碰撞邊界”，打開無碰撞邊界對話框，設(shè)置參數(shù)，系統(tǒng)計算出無碰撞邊界，如圖9a所示。

③使用短刀具在無碰撞邊界內(nèi)創(chuàng)建三維偏置精加工刀具路徑，如圖9b所示。

④使用長刀具在無碰撞邊界外創(chuàng)建三維偏置精加工刀具路徑，如圖9c所示。

5 結(jié)語

在曲面數(shù)控加工中，刀具軌跡的優(yōu)劣直接影響其加工精度和加工效率。針對工件、機(jī)床及刀具特點，基于Powermill軟件應(yīng)用殘留邊界、淺灘邊界、曲面邊界和無碰撞邊界，可有效規(guī)劃加工區(qū)域，提高曲面的加工精度與加工效率。

［1］朱克憶.Powermill數(shù)控加工自動編程經(jīng)典實例［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［2］高長銀.Powermill數(shù)控高速加工技術(shù)與典型實例［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2011.