高速加工中CAD/CAM的應用(上)
發(fā)布日期:2011-11-25 蘭生客服中心 瀏覽:1825
高速加工是以高的切削速度、高的進給速度和高的加工質量為主要特征的加工技術,其加工效率比傳統的切削加工要高幾倍,甚至十幾倍。經高速銑削精加工后的模具型面,僅需略加拋光便可使用,從而節(jié)省了大量修磨、拋光的時間。高速加工是一個系統工程,它需要各個方面的配合以形成完整的高速切削工藝,如數控機床、切削刀具、冷卻潤滑介質和CAD/CAM系統等,甚至還包括合適的工件形狀。
高速加工需要同時滿足多方面的應用條件,一旦參數出現錯誤便會導致全面失效。有些關鍵參數容易定義,如配有功能強大的CNC系統和高精度主軸的高質量機床、高剛性和精確平衡的機床夾持、高性能的切削刀具等。有些參數則不容易定義,卻往往由于這些參數的選用不當,導致高速加工失敗。
除了上述的物理因素外,CAD/CAM軟件的功能和正確應用,也是影響高速加工的主要因素。如果由CAD/CAM系統產生的CNC程序直接決定處理的條件,這當然十分直接,但要從CAD/CAM系統中統指出什么功能才能保證獲得高質量的高速加工效果,卻極不容易。
下面我們就來分析應用CAD/CAM軟件時,影響高速加工成敗的一些重要因素。
一、CAD對高速加工的影響
一般來說,CAD對高速加工的直接影響并不易看到。很多人認為CAD模型只用作定義零件的外形,至于如何加工所設計的零件,便是CAM使用者和加工工程師的責任了。這話從理論上來說并沒有錯,在很多情況下,CAD模型沒有真正定義需要加工的形狀。有許多原因使CAD模型不適合高速加工,現簡述如下。
1.精度的影響
加工精度高、熱分布范圍小、加工表面質量高等,都是高速加工的優(yōu)勢,但我們看到一個奇怪的現象就是用于建立零件CAD模型的公差比零件最終的加工公差還大,這顯然是不合理的。
數據交換是影響精度問題的根本原因。零件通常由一個CAD系統設計,然后轉換至另一個CAD系統進行補充設計和加工準備。每次進行數據傳輸過程中,都需要將幾何形體由一種格式轉換至另一種格式,有些轉換涉及按極限公差近似。由于這些公差屬于累積所得,因此建立CAD零件模型時必須將零件模型的公差設定為精加工公差的1/10。
交換格式,如IGES,使系統在不同的幾何描述間進行轉換。由于數據發(fā)送系統可以訪問“主”數據,最好讓它進行所有轉換工作,并通過“Flavouring”發(fā)送系統的IGES來實現。Flavouring將會告訴系統,在IGES文件中最可能使用什么類型的實體。有些系統提供預先定義的IGES Flavours菜單,使它更適用于常用的系統。
如要減少轉換過程出現問題,其中一個方法便是使用直接接口。直接接口可讓系統直接讀取另一系統的文件,如Delcam的PowerMILL就擁有CATIA、Pro/ENGINEER、UG等主流系統的直接接口。
由于Stereo lithography (STL)三角形格式十分簡單,因此成為有些公司喜歡使用的數據交換格式。有些CAM系統可以直接加工STL格式文件,其中包括Delcam的PowerMILL。然而,這種格式文件的三角形是按公差產生的,加工表面可能出現可見面片。主流設計系統STL格式使用的默認公差一般非常大(0.1mm),而且隱藏在多重選項之后,容易被忽略。因此,整理低公差設置STL文件的加工公差,可以提高加工表面的精度。
2.修剪的影響
CAD系統的大部分零件由裁剪曲面“拼湊”而成,像上衣由多片形狀復雜的布料縫合而成的一樣。這些曲面的邊界精度直接影響所產生的刀具路徑質量。例如,一個圓臺頂部為一個完整的圓形,平面頂蓋為六角形,六角形平面則可能在頂部某些地方超越圓形的范圍,如果超出的范圍太大,刀具路徑便會出現尖點,在這情況下,加工后的表面極可能出現刀痕。
3.不完整模型的影響
許多CAD使用者往往走捷徑,以求縮短模型的造型時間。他們經常使用的技巧,是忽略底座內部拐角處的圓倒角,甚至認為通過合適半徑的刀具便可直接進行加工。實際上,如果采用這種方法,刀具必須剛好切進尖銳的拐角,這使刀具的負荷猛然增加,是刀具進行直線切削時的4.5倍。
有些CAM系統可以提供解決的方法,但最好避免出現這種現象,確保CAD模型準確地表示需要加工的形狀。加工這類圓倒角最好使用半徑較小的刀具,在一般情況下,刀具的半徑最好是圓倒角的幾何尺寸的30%或更小,使拐角處的切削刀具路徑更加平順,避免刀具突然轉向。如果使用小刀具加工,刀具負荷可比直接切入拐角降低3倍。
4.不能加工特征的影響
盡管高速加工擴大了可直接銑削的特征范圍,但對形狀特別復雜的模型,必須使用EDM加工細微的部分。此外,大部分零件有許多孔,可以直接將它們鉆出。如果供加工使用的CAD模型包含這些特征,大多CAM系統將會嘗試加工。最典型的結果,是刀具路徑包含不希望進行銑削加工的區(qū)域,如果不加以處理,實際加工時刀具必定切入孔或尖角。CAM使用者需要花很多時間修正錯誤,以避免重復加工放電加工區(qū)域和孔區(qū)域。如果可以的話,盡量把不希望進行銑削加工的特征,從用于產生刀具路徑的CAD模型中除去。具體方法視所使用的CAD系統而定,有些系統采用刪除特征的方法,有些則通過加入額外曲面來覆蓋。
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