在過(guò)去幾年中，中國(guó)引進(jìn)了大量國(guó)外先進(jìn)加工和檢測(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(wèn)題，但對(duì)于CAD/CAM等系統(tǒng)軟件來(lái)說(shuō)，尋求更高層次的高速、五軸技術(shù)，提高加工效率、編程質(zhì)量，提高機(jī)床安全性，設(shè)備利用率，節(jié)約刀具成本等已經(jīng)成為目前面臨的主要問(wèn)題。另外，在國(guó)際上更先進(jìn)的制造技術(shù)，如數(shù)控機(jī)床在機(jī)檢測(cè)(On Machine Verification，OMV)、自適應(yīng)加工(Delcam Fixture)等在空客、波音/麥道、GE航空、NASA、Hyde集團(tuán)、Goodrich已經(jīng)大量應(yīng)用，但在國(guó)內(nèi)仍然需要進(jìn)一步引進(jìn)和消化。

CAD/CAM技術(shù)在國(guó)內(nèi)眾多企業(yè)已有廣泛的應(yīng)用，并具備相對(duì)較高的應(yīng)用水平，而提高CAD/CAM更深層次的應(yīng)用水平將更多地依賴(lài)軟件提供的技術(shù)以及軟件新的功能來(lái)進(jìn)行真正意義的高速高效加工。

局速高效加工

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)組成，可以說(shuō)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(lái)越高，價(jià)格昂貴的高速加工設(shè)備對(duì)軟件的安全性、有效性也提出了更高的要求。高速加工走刀速度達(dá)到常規(guī)加工的10倍以上，高速運(yùn)動(dòng)無(wú)法靠人工急停來(lái)預(yù)防任何編程過(guò)程的失誤（如過(guò)切、干擾、碰撞等）所造成的非常嚴(yán)重的事故。高速加工設(shè)備非常昂貴，任何意外事故都會(huì)給企業(yè)造成不可估量的損失，因此，對(duì)高速加工設(shè)備提出了一個(gè)基本要求：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(guò)切，防碰撞功能，確保NC指令的絕對(duì)安全性，另外，還要保證刀具路徑的光滑平穩(wěn)，確保零件加工質(zhì)量、機(jī)床主軸等部件的壽命以及刀具在切削過(guò)程中載荷的均勻性。

1.賽車(chē)道加工技術(shù)和自動(dòng)擺線加工技術(shù)

高速加工的粗加工工序應(yīng)采取的工藝方案為：高切削速度、高進(jìn)給率和小切削量的組合。Delcam 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(chē)線加工方式是把刀具路徑看成賽車(chē)在跑道內(nèi)高速行駛。賽車(chē)可以偏離跑道的中心，從而產(chǎn)生類(lèi)似于賽車(chē)在跑道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)路徑；還可以在不減速的情況下轉(zhuǎn)彎，增加了刀路運(yùn)動(dòng)的光滑性、平衡性，避免了刀路突然轉(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)特有的加工功能是自動(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(lái)逐次，逐層對(duì)零件表面進(jìn)行高速、高效、小切量的切削。以往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，隨著最新切削刀具技術(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，且刀具路徑始終保持光滑、平穩(wěn)。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。

2.干涉檢查及后編輯

實(shí)際加工過(guò)程中的刀具、刀柄、夾具的干涉碰撞是操作者最擔(dān)心的問(wèn)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，非常實(shí)用。在高速加工狀態(tài)下，完全避免過(guò)切和刀具夾持碰撞檢查更加重要，因?yàn)榇藭r(shí)出現(xiàn)過(guò)切或刀具碰撞將會(huì)產(chǎn)生更嚴(yán)重的后果。高的運(yùn)轉(zhuǎn)速度使操作者在加工中無(wú)論發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題，都無(wú)法停機(jī)，因而加工前一定要用ViewMILL檢查刀具加工路徑，采用仿真檢查進(jìn)行結(jié)果校驗(yàn)。

3.切削速度的優(yōu)化

使用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)切削量的變化，自動(dòng)進(jìn)行速度優(yōu)化處理，即在切削量小，切削余量大的地方加快切削速度，可以縮短加工時(shí)間，提高工作效率，減少刀具損壞，延長(zhǎng)刀具壽命，保證機(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。

4.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)，該選項(xiàng)允許用一系列曲線運(yùn)動(dòng)而不是大量的短直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行精加工，從而使過(guò)程控制不再是速度瓶頸，加工速度可以進(jìn)一步提高。由于每一段NURBS運(yùn)動(dòng)更長(zhǎng)，機(jī)床控制器能向前預(yù)測(cè)得更遠(yuǎn)，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，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、Fanucl8i、Heidenhain等高端系統(tǒng)。

安全五軸加工

(1)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)展了其固定軸五軸加工功能和連續(xù)五軸加工功能。它包含有新的SWARF加工功能，五軸輪廓和裁剪功能以及五軸投影加工功能。五軸加工刀具路徑可基于通過(guò)點(diǎn)或指向點(diǎn)加工，自直線或到直線加工，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。

(2)支持全系列刀具。

使用PowerMILL進(jìn)行五軸加工的另外一個(gè)非常重要的優(yōu)點(diǎn)是它支持使用全范圍的不同類(lèi)型的切削刀具，這些刀具包括Endmill、Tapered cutter、Ball-nose，Tipped-radius和Off-centre等。而目前的有些系統(tǒng)僅限于使用Ballnose或End mill。

(3)刀具夾持和刀具的五軸碰撞檢測(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五軸碰撞檢測(cè)，這樣可確保加工過(guò)程中不出現(xiàn)過(guò)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。它具有專(zhuān)門(mén)的葉輪、葉盤(pán)加工功能。

(4)五軸應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

Delcam針對(duì)航空航天及模具制造的五軸加工實(shí)際需求開(kāi)發(fā)的一系列加工方式，包括：PowerMILL提供加工通過(guò)點(diǎn)或指向點(diǎn)以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。在不同的加工情況下，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(lái)實(shí)現(xiàn)，從而達(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、安全。

五軸加工大大降低了刀具的損耗。雖然使用高速加工機(jī)時(shí)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，這樣會(huì)造成相當(dāng)?shù)睦速M(fèi)。采用五軸加工技術(shù)的情況有所不同，刀具除了刀尖切削外，更多的時(shí)候是刀腹切削，這樣刀具的利用率就提升很多。

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，使操作者能在很短的時(shí)間內(nèi)掌握過(guò)去認(rèn)為非常復(fù)雜的五軸編程。

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(guò)切功能，在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(wèn)題，減少編程人員及機(jī)床操作人員的心理壓力，為他們提供了很好的安全保證。

(5)五軸自動(dòng)避讓技術(shù)。

五軸加工技術(shù)大多數(shù)用于殘留清根和深腔加工，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)碰撞部位，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。

PowerMILL可通過(guò)“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，并且可以用顏色來(lái)區(qū)別余量不同的區(qū)域。

(6)CAM軟件的工藝積累過(guò)程。

PowerMILL擁有先進(jìn)的刀具庫(kù)和刀具管理功能，刀具庫(kù)等于刀具知識(shí)庫(kù)，軟件可以自動(dòng)加載所選刀具在不同材料和不同加工環(huán)境的切削速度。

(7)真實(shí)機(jī)床仿真庫(kù)。

軟件內(nèi)置各大機(jī)床廠商機(jī)床庫(kù)，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(kù)。

(8)壁板類(lèi)零件的五軸順序插銑和插角，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。

在線質(zhì)量控制

目前，通過(guò)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(wèn)題的研究，意識(shí)到企業(yè)在使用現(xiàn)在的高速五軸加工制造過(guò)程中的問(wèn)題的嚴(yán)重性，并且正在尋求一種有效的解決方案。使用原始CAD模型作為理論依據(jù)進(jìn)行數(shù)控加工過(guò)程的產(chǎn)品質(zhì)量控制，嚴(yán)格控制制造過(guò)程的相關(guān)尺寸精度公差、形位公差、過(guò)程余量與工藝評(píng)估調(diào)整等是一種有效的解決方案。

“在機(jī)檢測(cè)”解決方案是一種在數(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)。Delcam PowerINSPECT OMV在機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)能夠監(jiān)控任意加工工序階段的工件質(zhì)量情況，并能及時(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發(fā)現(xiàn)加工過(guò)程中是否存在錯(cuò)誤。同樣，它也能正確地估算出加工刀具的破損量，并且可以立刻確定該零件是否仍能在公差范圍內(nèi)完成加工，或者該刀具需要報(bào)廢和重新?lián)Q刀。

采用OMV數(shù)控機(jī)床在機(jī)檢測(cè)，也可為那些應(yīng)客戶要求必須提供獨(dú)立產(chǎn)品檢測(cè)的公司提供幫助。通過(guò)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，避免產(chǎn)品運(yùn)送給檢測(cè)者后方發(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。OMV采用同現(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)：(1)零件質(zhì)量檢測(cè)：形位公差、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)。

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。還能檢測(cè)到工件內(nèi)部無(wú)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(guò)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(guò)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)。它能評(píng)估整個(gè)零件的誤差和形位公差。

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)巨額資金來(lái)配備專(zhuān)業(yè)設(shè)備，這種做法顯然是不經(jīng)濟(jì)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?，F(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。這種裝置具備脫機(jī)編制完整檢測(cè)數(shù)控程序的功能，盡可能減少加工過(guò)程中發(fā)生操作中斷的情況。進(jìn)行更高端自適應(yīng)加工(Delcam Fixture)的前提也必須使設(shè)備具備檢測(cè)功能，才能有效的實(shí)施自適應(yīng)加工。

結(jié)束語(yǔ)

制造業(yè)的發(fā)展得益于數(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)展的公司，更多地考慮的是實(shí)際工藝制造體系的完整性軟件的高級(jí)應(yīng)用取決于應(yīng)用企業(yè)的需求與思路。