數控刀具編程可提升刀具品質

近20年以來我國企業CAX技術不斷發展，其中計算機輔助加工（或稱計算機輔助編程）軟件越來越多地進入了各個加工制造企業，用于代替手工編程，直接驅動機床數控系統;對從zui簡單的兩軸半到5軸，甚至是更多軸的控制加工，已經逐漸不再成為一個技術難題。同時，在數控刀路的編程之后，為了提前效驗此程序是否能夠準確無誤地運行在機床上，預先了解和避免刀具同機床及工夾量具的碰撞，一些刀路的仿真技術和相應的軟件，也越來越多地被普遍使用中。這種仿真技術我們稱之為“幾何仿真”。
但是現在更多的諸如航空航天加工制造企業的編程工程師們，已經不在局限于僅僅得到在電腦的屏幕上看到刀路運行的軌跡，來防止任何有可能出現的干涉和碰撞跡象這一“表面”結果了。他們開始關注在一個零件尚未加工之前，從其加工過程中有可能發生的受力、溫升和變形，從刀具有可能產生振動甚至破損的現象，從機床的振動可能對加工的影響等方面，事先得出一些定性或者定量的分析結果，來指導和調整加工的數控程序，以達到更好的加工表面質量、更快的加工效率以及更小的零件變形。總而言之，希望用更強大的仿真技術手段，得到更的被加工零件，這種仿真技術被稱之為“物理仿真”。

　　我們知道，機械零件的加工，被加工材料從彈性變形到塑性變形的物理過程中，會釋放出熱量并產生作用力，這種物理上的變化是無法用肉眼觀察到，因此也無法判斷對被加工零件質量產生什么影響。為了得到這些變化的數據，以往的一種方法是在機床上各個部位加裝各種傳感器，用來測量出這些數值（如溫度、受力和振動頻率等），進而“人工”調整數控加工工藝和程序，這是一種很好的方法，但是傳感器的安裝是非常精密的工作，稍有偏差將帶來測量數據上的不準確性和一定的離散性。

　　那么如何利用非接觸式的方式以得到（或測量到），并且通過計算機分析的方法來得到數據以指導加工過程?美國ThirdWaveSystem公司開發了一款AdvantEdgeProductionModule的軟件，可以很好解決這個問題。

　　AdvantEdgeProductionModule（以下簡稱PM）將CAD/CAM、加工動態仿真技術以及工件/刀具的物理材料特性集成在一起，在這個被稱之為“將改變游戲規則”的軟件中對數控加工程序的切削機理做分析，以達到zui大化提升加工性能、縮短加工周期、提高加工質量的目的。

　　客戶在使用這個解決方案時，首先對機床進行設置，包括數控系統及代碼形式、是否是5軸加工、坐標系統、主軸轉速和進給速率、主軸的功率和扭矩等，然后輸入加工刀具，包括刀具類型、幾何尺寸、刀損模型等參數;zui后定義或導入被加工零件，包括零件的尺寸或直接讀入STEP/STL模型、工件的材料等。一旦定義結束，用戶就可以啟動軟件的分析引擎，在短短幾秒鐘時間內，屏幕上就會顯示出針對特定工件加工的分析數據。這些數據是以文本或坐標圖的形式提交的。在坐標圖中，橫軸（X）是此段程序經歷的時間，而縱軸（Y）是選擇的不同結果的體現，例如受力、溫升、功率、主軸或進給速率等。

　　橫軸為時間，縱軸為切向力。程序運行的時間為486.9s，刀具所承受的zui大切向力為416.78N。同時還可以看到，刀具在整個加工過程中的受力是不均勻的，受力小時證明切削力不足，受力大時（尖峰值）有可能會造成刀頭的破損。為了減少刀具破損的可能性，要降低刀具的受力;同時為了提升加工效率，又要加大刀具的受力，我們把刀具的受力范圍限定在某一個范圍，zui大值為375N，然后再用PM軟件運行一次上面的分析，便得出優化后的結果。

　　國內某航天企業在使用PM后，通過比較優化前后的程序（實際加工），加工時間縮短了20%~25%，加工粗糙度及變形量從優化前的0.19mm到優化后的0.10mm，達到了原有的優化要求。而另一家位于深圳的家電企業，在使用PM軟件優化數控程序后，其加工時間減少了41.74%，并通過優化減少了大量的空走刀。用戶得出的初步結論是：PM軟件“對大型開槽/腔體及外輪廓多層次銑削有較大改善，對加工軌跡/深度參數進行調整，以能達到節省時間、改善品質的效果”。