模具配件模具配件的加工常識

1. CAD/CAM對高速加工的影響

---- 高速加工需要同時滿足多方面的應(yīng)用條件， 一旦參數(shù)出現(xiàn)錯誤便會導(dǎo)致全面失效。有些關(guān)鍵參數(shù)容易定義，如配有功能強大的 CNC系統(tǒng)和高精度主軸的高質(zhì)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(shù)則不容易定義，卻往往由於這些參數(shù)的選用不當(dāng)，引致高速加工失敗。

---- 除了上述的物理因素，CAD和CAM軟件的質(zhì)量和適當(dāng)應(yīng)用，也是影響高速加工的主要因素。如果從 CAD/CAM系統(tǒng)產(chǎn)生的CNC程序，直接決定處理的條件，這樣便十分直接。但是，要在CAD/CAM系統(tǒng)指出甚么功能才保證獲得高質(zhì)量的高速加工效果，卻是極不容易。

---- 下文將會分析在應(yīng)用 CAD/CAM軟件時，一些影響高速加工成敗的重要因素。

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(rèn)為 CAD模型只用作定義零件的外形，至於如何加工所設(shè)計的零件，便是CAM使用者和加工工程師的責(zé)任。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。許多原因使模型不適合高速加工，現(xiàn)簡述如下∶精度的影響

---- 加工精度高、熱分布小和加工表面質(zhì)量高，均是高速加工的優(yōu)勢；卻看到一個奇怪的現(xiàn)象∶用於建立零件模型的公差，比最終的加工公差為大。

---- 數(shù)據(jù)交換是影響精度問題的根本原因。 零件通常由一個CAD系統(tǒng)設(shè)計，然后轉(zhuǎn)換至另一個CAD系統(tǒng)進行補充設(shè)計和加工準(zhǔn)備。每次進行數(shù)據(jù)傳輸時，都需要將幾何形體由一種格式轉(zhuǎn)換至另一種格式， 有些轉(zhuǎn)換涉及按極限公差近似。由於這些公差屬於累積，設(shè)計零件模型時必須將零件模型的公差， 設(shè)定為最少比精加工公差小十倍。

---- 交換格式如IGES，使系統(tǒng)在不同的幾何描述間進行轉(zhuǎn)換。由於數(shù)據(jù)發(fā)送系統(tǒng)可以訪問"主"數(shù)據(jù)，最好讓它進行所有轉(zhuǎn)換工作，并通過"flavouring" 發(fā)送系統(tǒng)的IGES來實現(xiàn)。Flavouring 將會告訴系統(tǒng)，在 IGES文件最可能使用甚么類型的實體。有些系統(tǒng)提供預(yù)先定義的 IGES flavours 菜單，使它適用於常用的系統(tǒng)。

---- 如要減少轉(zhuǎn)換過程出現(xiàn)問題，其中一個方法便是使用直接接口。 直接接口讓系統(tǒng)直接讀取另一系統(tǒng)的文件，如 Delcam的PowerMILL擁有Catia、Pro/Engineer、Unigraphics 等主流系統(tǒng)的直接接口。

---- 由於Stereo lithography (STL) 三角形格式十分簡單，成為有些公司喜歡使用的數(shù)據(jù)交換格式。有些 CAM 系統(tǒng)可以直接加工 STL格式文件，包括Delcam的PowerMILL。然而，這種格式文件的三角形按公差產(chǎn)生，加工表面可能出現(xiàn)可見面片。主流設(shè)計系統(tǒng) STL格式使用的公差一般非常大（ 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(shè)置 STL文件的加工公差，可以提高加工表面的精度。

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修剪的影響

----CAD系統(tǒng)的大部分零件由裁剪曲面 "拼湊"而成，像上衣由多片形狀復(fù)雜的布料縫合而成。這些曲面的邊界精度直接影響所產(chǎn)生的刀具路徑質(zhì)量。

---- 如一圓錐頂部為一完整的圓形，平面頂蓋為六角形。六角形平面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(xiàn)尖點。在這情況下，加工后的表面極可能出現(xiàn)刀痕。不完整模型的影響

---- 許多CAD使用者自行設(shè)置捷徑，以求縮短模型的造型時間，其中經(jīng)常使用的，是忽略底座內(nèi)部的拐角圓倒角，更認(rèn)為通過合適半徑的刀具直接進行加工。 如果使用這種方法，刀具必須剛好切進尖銳拐角， 使刀具的負(fù)荷猛然增加，是刀具進行直線切削時的4.5倍。

---- 有些CAM系統(tǒng)可以提供解決的方法，但最好避免出現(xiàn)這種現(xiàn)象，確保 CAD模型準(zhǔn)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，刀具的半徑最好比圓倒角的幾何尺寸小 70%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(zhuǎn)向。如果使用小刀具加工，刀具負(fù)荷比直接切入拐角降低3倍。

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不能加工特征的影響

---- 盡管高速加工擴大可直接銑削的特征范圍， 但對形狀特別復(fù)雜的模型，必須使用EDM加工細(xì)微的部分。此外，大部分零件有許多孔，可以直接將之鉆出。如果供加工使用的CAD模型包含這些特征，大多CAM系統(tǒng)將會嘗試加工。最典型的結(jié)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(fù)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， 從用於產(chǎn)生刀具路徑的CAD模型中除去。具體方法視乎所使用的 CAD系統(tǒng)。有些系統(tǒng)采用刪除特征的方法，有些則通過加入額外曲面來覆蓋。

CAM對高速加工的影響

---- 經(jīng)過多年來對高速加工的研究，現(xiàn)在仍然欠缺明確簡潔的定義和解釋。 高速加工的基本出發(fā)點是在高速低負(fù)荷下切削， 比低速高負(fù)荷切削更快切除材料。 低負(fù)荷切削意味可以減輕切削力，從而減少切削過程的振動和變形。 在高速的狀態(tài)使用合適刀具，可以切削高硬質(zhì)的材料。高速切削可以借助切削熱帶走大部分切屑，以減少零件的熱變形。

---- 上述優(yōu)點只能在合適的加工條件實現(xiàn)。 如果加工條件不恰當(dāng)，可以影響刀具的壽命，甚至導(dǎo)致更嚴(yán)重的后果。

高速加工刀具路徑

高速銑削刀具路徑的限制按重要性列出∶刀具不能和零件碰撞切削負(fù)荷必須在刀具的極限負(fù)荷之內(nèi)殘留材料不能大於指定極限應(yīng)避免材料切除率突然變化切削速度和加速度必須在機床的能力范圍切削方向（順銑/逆銑）應(yīng)保持恒定應(yīng)避免切削方向突然變化盡量減少空程移動切削時間應(yīng)減至最少

---- 在實際零件的刀具路徑編制過程， 難以完全滿足上述的要求。事實上，當(dāng)加工復(fù)雜形狀的零件時，只能盡量滿足這些要求，并首先滿足較為重要的。

---- 精加工使高速加工出現(xiàn)刀痕的問題。 由於零件形狀的限制，如要遷就切削條件，便會在加工后的零件表面留下可見的刀痕，雖然可以通過拋光的方法消除，卻違背使用高速加工的原意。進行粗加工和半精加工后， CAM使用者有多種方法修改零件的形狀，刀痕也可利用其后的精加工消除。

編程能力

---- 良好的高速加工程序可以迅速地在機床上執(zhí)行， 卻要花很長時間和大量精力產(chǎn)生。在模具制造的單件加工領(lǐng)域，因等待加工程序引致機床停機的情況非常普遍。如果將這種壓力強加給 CAM使用者，讓他們更快地產(chǎn)生刀具路徑，便會迫使他們走捷徑，所編制的程式也不經(jīng)濟和有效。 即使機床繼續(xù)運轉(zhuǎn)，其加工速度已大打折扣。

---- 使用這種方法進行高速加工并不明智。 如要獲得最好的高速加工效果，必須提供足夠的CAM能力，以得到高質(zhì)素的加工程序，確保機床全負(fù)荷地運作。因此需注意以下各項∶

---- 使用具備自動高速加工功能的 CAM軟件，可以減少使用者優(yōu)化程式的工作量；

---- 使用快速計算無過切刀具路徑的 CAM軟件，批處理功能可將復(fù)雜程序的計算留在夜間進行；

---- 使用高性能的計算機并經(jīng)常更新配置，確保具有足夠內(nèi)存以提高運行效能；

---- 確保每臺機床配備足夠的 CAM編程人員。培訓(xùn)機床操作者，讓他們直接在車間進行加工編程，以充份發(fā)揮其加工技能；

---- 確保為操作者提供適當(dāng)?shù)母咚偌庸ぞ幊膛嘤?xùn)。安排加工順序

---- 除了最簡單的零件，高速加工往往牽涉多個加工步驟。在高速加工的編程，最重要選取正確的加工順序，以下為一些基本原則∶

---- 當(dāng)考慮加工成形的幾何形狀，應(yīng)同時考慮希望切除的材料；

---- 把加工步驟減至最少；

---- 使用連續(xù)的方法，如偏置路徑通常比平衡路徑為佳；

---- 避免垂直下刀，從材料的外部切入；

---- 在零件的臨界區(qū)域，確保不同步驟的精加工路徑不會重 ?；否則必定出現(xiàn)刀痕；

---- 盡量不換刀，使用單一刀具精加工臨界區(qū)域。刀具設(shè)置錯誤常常導(dǎo)致精加工后的加工表面出現(xiàn)刀痕；

---- 長刀具容易磨損，應(yīng)盡量使用短刀具。如可以應(yīng)考慮重新定位零件方向，在難以加工的區(qū)域使用短刀具。

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