就模具制造所涉及到的流程，大體可分為模流分析、模具設(shè)計、數(shù)控加工、鉗工裝配試模等幾大環(huán)節(jié)，其中對模具質(zhì)量和交貨周期這兩個行業(yè)競爭要素來說，目前業(yè)內(nèi)最大的瓶頸普遍在于數(shù)控加工環(huán)節(jié)，而且數(shù)控加工環(huán)節(jié)時間的長短、加工工藝合理與否、機(jī)加工和電加工的合理分配等，還會影響到后期鉗工裝配試模的質(zhì)量和周期，因此，各個企業(yè)都在努力保證加工制造環(huán)節(jié)是可控的、工藝是優(yōu)化的、效率也是不斷提高的。當(dāng)然，所有這些對數(shù)控加工環(huán)節(jié)的要求最終都?xì)w結(jié)到了CAM編程上。

保障加工環(huán)節(jié)的可控性

    所有數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行都是通過CAM程序指令來運(yùn)行的，而數(shù)控機(jī)床本身就是24h運(yùn)轉(zhuǎn)的，這個時間不可改變，因此，提高CAM程序本身的效率就成為了首要的問題。

    提高CAM程序本身的及時性、可靠性和高效性是提高機(jī)加工效率的重中之重。及時性是指編程工程師拿到設(shè)計數(shù)據(jù)后能夠及時按照節(jié)點進(jìn)行CAM刀具路徑的編制并生成加工程序；可靠性是指CAM所產(chǎn)生的加工程序能夠保障整個加工過程中的安全，完全杜絕撞刀、過切等現(xiàn)象的發(fā)生；程序的高效性是指合理編排加工工藝路線，減少裝夾次數(shù)，合理運(yùn)用加工策略，根據(jù)不同的機(jī)床選用合適的刀具和相應(yīng)的切削參數(shù)，減少刀具運(yùn)行過程中的抖動、空進(jìn)行程，提高加工效率。

    加工程序生成后，機(jī)床操作者根據(jù)CAM工程師提供的程序單（見圖1）到刀具庫房去借用刀柄和刀具，并嚴(yán)格按照CAM程序單規(guī)定的切削參數(shù)進(jìn)行加工，記錄加工完成數(shù)據(jù)。生產(chǎn)管理人員根據(jù)程序單所提供的加工時間來監(jiān)督每班次、每條程序的實際完成情況。這些步驟的核心在于CAM工程師對于不同材料、刀具、刀柄和機(jī)床切削性能以及詳細(xì)切削參數(shù)的掌握情況，若切削參數(shù)不準(zhǔn)確，則一切處于失控狀態(tài)。當(dāng)然，CAM工程師還要保證程序單上刀柄、刀具裝夾長度的準(zhǔn)確性，這就要求數(shù)控加工程序單是由軟件自動產(chǎn)生的、裝夾長度是由軟件進(jìn)行了碰撞分析后計算出來的。目前有些業(yè)內(nèi)模具加工行業(yè)還存在加工參數(shù)由機(jī)加工操作人員自行決定、手寫程序單、不進(jìn)行刀柄或者機(jī)床碰撞分析裝夾長度靠目測等可能致使加工過程失控或者降低加工效率的現(xiàn)象存在。而通過CAM自動產(chǎn)生的程序單則可以完全避免因程序由人工手寫而造成的人為失誤，以免用錯刀柄和選錯刀具的裝夾長度。

圖1 程序單示例

CAM編程工藝的優(yōu)化

    CAM編程工藝的優(yōu)化是指對工件加工順序的整個路線編排環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化。

    對于非規(guī)則的模具部件，比如大型保險杠類模具的大斜頂塊等部件，通常要靠反轉(zhuǎn)多個角度才能加工完成，每個加工步驟的裝夾方式、工藝基準(zhǔn)等都是影響最終零件的加工精度的關(guān)鍵因素，因此，此類部件的精度往往會成為整副模具制作周期長短的關(guān)鍵。在日本某知名模具廠，該類零件和動模的加工精度能夠保證在0.03mm以內(nèi)，鉗工真正達(dá)到了裝而不配的高級境界。這些都體現(xiàn)了完美的CAM編程工藝，當(dāng)然，這種工藝最終是要靠CAM程序單封面上的信息來傳遞給機(jī)床，很好地進(jìn)行工件的裝夾和加工基準(zhǔn)的確立。

使CAM程序更高效

    當(dāng)今，數(shù)控技術(shù)正逐漸朝著無人化、自動化的方向發(fā)展，操作人員的影響因素越來越少，因此，只有程序本身是優(yōu)化的、光順的，才能保證數(shù)控加工的精度和效率。這首先要求CAM工程師對所產(chǎn)生的刀具路徑進(jìn)行優(yōu)化處理，還要對各種碰撞干涉情況進(jìn)行檢查。

1．粗加工刀具路徑優(yōu)化處理

    在粗加工中，通�？刹扇≡诒ＷC零件加工精度的前提下，對刀具路徑進(jìn)行最大程度的光順處理的優(yōu)化措施。在圖2中，通過觀察機(jī)床切削過程中實際F值的變化情況，可以看出進(jìn)給率比較接近CAM所給的實際數(shù)值。而普通的刀具路徑所產(chǎn)生的NC程序則有許多偏離情況，刀具路徑中減速、加速頻繁，致使加工效率低下——若程序單所給出的編程時間為10h，可能實際加工要13h。若機(jī)床G00速度夠快,還可以采取如圖3所示的更為光順的刀具路徑，提高加工效率。

圖2 PowerMILL軟件中高速加工的“race line”選項打開前后所產(chǎn)生的刀具路徑對比

圖3 若機(jī)床的G00速度夠快，則可以采用這種加工效率更高的加工策略

2. 精加工刀具路徑的優(yōu)化

    精加工中的優(yōu)化措施通常是對刀具路徑進(jìn)行圓角優(yōu)化，避免尖角的出現(xiàn)（見圖4）。

圖4 刀具路徑的圓角優(yōu)化

3. 刀柄、機(jī)床的碰撞干涉檢查

    刀柄和機(jī)床主軸頭的碰撞干涉檢查是所有NC程序的必須步驟。這個步驟中，首先是保證數(shù)控加工中的安全，即保證沒有碰撞干涉情況；其次是選用最短的刀具來加工盡可能多的區(qū)域，因為無論是經(jīng)過怎樣優(yōu)化處理過的刀具路徑，若無原則地增加刀具、刀柄的長度來進(jìn)行加工，必定會使實際的加工效率大幅降低。

    碰撞干涉檢查分為兩部分：一個是刀柄和加工零件的干涉檢查（見圖5）；一個是機(jī)床部件（主軸頭部）和加工部件的干涉檢查。

圖5 刀柄碰撞檢查

    對于機(jī)床主軸頭部分是回轉(zhuǎn)體且與主軸同心的結(jié)構(gòu)，可以把機(jī)床頭部簡化成刀柄部分進(jìn)行干涉檢查（見圖6），若機(jī)床頭部和主軸不同心且有長短軸部分的結(jié)構(gòu)，有時為了保證用短刀具、短刀柄進(jìn)行充分加工，則要先進(jìn)行刀柄碰撞檢查，然后再進(jìn)行機(jī)床運(yùn)動仿真（見圖7）。

圖6 刀柄和加工零件的干涉檢查

圖7 機(jī)床主軸頭部和加工部件的干涉檢查

結(jié)束語

    CAM編程不僅僅是一種編程策略或者編程方法的體現(xiàn)，而是結(jié)合編程方法、加工工藝流程、刀具、刀柄結(jié)合機(jī)床和切削材料的運(yùn)用等一系列綜合知識的集成。在實際工作中，技術(shù)工程師必須要將這些知識相互結(jié)合起來，并且靈活運(yùn)用，才能達(dá)到好的加工效果，從而提高模具加工質(zhì)量，縮短模具的制造周期，為企業(yè)發(fā)展提供更加強(qiáng)有力的支持