第1章 PowerMILL编程简介及工艺介绍 要想成为一名合格甚至是优秀的数控编程工程师，除了熟练掌握软件的操作外，还需要掌握数控加工工艺知识和一定的模具结构知识，熟悉刀具、数控设备的使用和一些特殊模具结构的工艺要求。本章重点介绍数控编程工程师应具备的素质和数控编程常遇到的问题及解决方法。 1.1 PowerMILL 8.0编程简介 PowerMILL是一个独立运行的世界领先的CAM系统，它可通过IGES、STEP、VDA、STL和多种不同的专用数据接口直接读取来自任何CAD系统的数据。它功能强大，易学易用，可快速、准确地产生能最大限度发挥CNC数控机床生产效率的、无过切的粗加工和精加工刀具路径，确保生产出高质量的零件和工模具。一汽集团、东风汽车集团、上海大众、哈飞集团、格力电器等这些中国顶级企业；Boeing（波音）、Pratt & Whitney（普惠）、Toyota（丰田）、GM（通用）、Ford（福特）、Volkswagen（大众）、Mercedes Benz（奔驰）、Matsushita（松下）、Canon（佳能）、Nike等这些世界著名企业都选用Delcam PowerMILL作为他们的主要产品和模具加工软件。 PowerMILL软件功能齐备，加工策略极其丰富，适用于广泛的工业领域。PowerMILL独有的最新5轴加工策略、高效初加工策略以及高速精加工策略，可生成最有效的加工路径，确保最大限度地发挥机床潜能。同时，它计算速度极快，为使用者提供了极大的灵活性。先进的加工切削实体仿真，可节省上机床实际试切的加工成本。独特的 5 轴加工自动碰撞避让功能，可确保机床和工件的安全。先进的集成一体的机床加工实体仿真，方便用户在加工前了解整个加工过程及加工结果，节省加工时间。 1.1.1 PowerMILL 8.0初加工的特点 PowerMILL中包含有多个全新的高效初加工策略，这些策略充分利用了最新的刀具设计技术，从而实现了侧刃切削或深度切削。在这中间最独特的是Delcam拥有专利权的赛车线加工策略。在此策略中，随刀具路径切离主形体，初加工刀路将变得越来越平滑，这样可避免刀路突然转向，从而降低机床负荷，减少刀具磨损，实现高速切削，如图1-1所示。对某些几何形体位置可使用螺旋策略来替代偏置策略，使刀具做连续、平滑移动，从而可最小化刀具的空程移动，减小整体加工时间，同时刀具负荷更稳定，减少刀具的加速和减速，保持更稳定的切屑负荷，从而减少刀具的磨损和损坏，如图1-1所示。 赛车线加工 螺旋区域清除加工 图1-1 初加工的特点 1.1.2 PowerMILL 8.0精加工的特点 PowerMILL提供了多种高速精加工策略，如三维偏置、等高精加工和最佳等高精加工、曲面精加工、螺旋等高精加工等策略。这些策略可保证切削过程光顺、稳定，确保能快速切除工件上的材料，得到高精度、光滑的切削表面。 1．三维偏置精加工 此策略无论是对平坦区域还是对陡峭侧壁区域均使用恒定行距，因此使用这种类型的精加工策略可得到完美的加工表面。使用了螺旋选项的螺旋三维偏置精加工策略，由于刀具始终和工件表面接触并以螺旋方式运动，因此，可防止刀具在切削表面留下刀痕。 2．等高精加工 这是一种刀具在恒定Z高度层上切削的加工策略。可设置每层Z高度之间的刀具的切入和切出，以消除刀痕。也可选取此策略中的螺旋选项，产生出无切入切出的螺旋等高精加工刀具路径。 3．最佳等高精加工 高速精加工要求刀具负荷稳定，方向尽量不要出现突然改变。为此，Delcam PowerMILL引入了一组合策略，亦即能对平坦区域实施三维偏置精加工策略，而对陡峭区域实施等高精加工策略的最佳等高精加工策略。 4．螺旋等高精加工 Delcam PowerMILL中的另一独特的精加工策略是螺旋等高精加工策略。这种加工技术综合了螺旋加工和等高加工策略的优点，刀具负荷更稳定，提刀次数更少，可缩短加工时间，减小刀具损坏几率。它还可改善加工表面质量，最大限地减小精加工后手工打磨的需要。可将这种方法应用到标准等高精加工策略，也可应用到综合了等高加工和三维偏置加工策略的混合策略－最佳等高精加工策略中。使用此策略时，模型的陡峭区域将使用等高精加工方法加工，平坦区域则使用三维偏置精加工方法加工。 5．曲面精加工 曲面精加工策略和曲面投影精加工策略相似，所不同的是刀具路径直接在曲面上产生而不是通过投影到曲面上产生。此策略向用户提供了一个非常方便的局部加工功能，使用户不需要通过其他辅助特征（如边界）来限制所需的加工区域而直接加工所选曲面。 1.1.3 切削仿真与碰撞检查 PowerMILL提供集成一体的加工切削实体仿真，用户可仿真模拟完整的加工切削过程，检查过切、碰撞、顺铣/逆铣和加工质量等切削情况，而节省上机床实际试切加工的成本。PowerMILL的加工切削实体仿真模块可从任何方向局部放大察看、旋转察看仿真过程中和仿真完毕后的加工情况，提高了加工切削实体仿真的效率。 PowerMILL 8.0可检查刀具夹持和工件间是否存在碰撞。系统将指出以下情况： （1）是否发现碰撞。 （2）碰撞出现深度。 （3）避免碰撞所需的最小刀具长度。 （4）出现碰撞的刀具路径区域。 1.2 数控编程工程师应具备的素质 数控编程工程师不仅需要具备良好的软件操作能力，而且还需要掌握一定的模具数控加工工艺知识，如机床操作、机床性能、刀具性能、材料性能及磨刀等。 1.2.1 数控机床的介绍 在数控机床进行加工前，首先必须将工件的几何数据和工艺数据等加工信息按规定的代码和格式编制成数控加工程序，并用适当的方法输入数控系统。数控系统对输入的加工程序进行处理，输出各种信号和指令，从而控制机床各部分按规定有序地动作。最基本的信号和指令包括各坐标轴的进给速度、方向和位移量、各状态控制的I/O信号等。数控机床的工作原理如图1-2所示。 图1-2 数控机床的工作原理图 模具加工中，常用的数控设备有数控铣床、加工中心（具备自动换刀功能的数控铣）、火花机和线切割机等，如图1-3所示。 1．数控铣床的组成 数控铣床由数控程序、输入/输出装置、数控装置、驱动装置、位置检测装置、辅助控制装置和机床本体组成。 数控铣床 加工中心 火花机 线切割机 图1-3 数控设备 （1）数控程序 数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令，目前常用的称作“G代码”。数控程序是在对加工零件进行工艺分析的基础上，根据一定的规则编制的刀具运动轨迹信息。编制程序的工作可由人工进行；对于形状复杂的零件，则需要用CAD/CAM进行。 （2）输入/输出装置 输入/输出装置的主要作用是提供人机交互和通信。操作者可以通过输入/输出装置输入指令和信息，也可显示机床的信息，还可以在计算机和数控机床之间传输数控代码和机床参数等。 零件加工程序输入过程有两种不同的方式：一种是边读入边加工（DNC），另一种是一次将零件加工程序全部读入数控装置内部的存储器，加工时再从内部存储器中逐段调出进行加工。 （3）数控装置 数控装置是数控机床的核心部分。数控装置从内部存储器中读取或接收输入装置送来的一段或几段数控程序，经过数控装置进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种控制信息和指令，控制机床各部分的工作。 （4）驱动装置和位置检测装置 驱动装置接收来自数控装置的指令信息，经功率放大后，发送给伺服电机，伺服电机按照指令信息驱动机床移动部件（按一定的速度移动一定的距离）。 位置检测装置检测数控机床运动部件的实际位移量，经反馈系统反馈至机床的数控装置，数控装置比较反馈回来的实际位移量值与设定值，如果出现误差，则控制驱动装置进行补偿。 （5）辅助控制装置 辅助控制装置的主要作用是接收数控装置或传感器输出的开关量信号，经过逻辑运算控制机床的机械、液压和气动等辅助装置完成指令规定的开关动作，这些控制主要包括主轴启/停、换刀、冷却液和润滑装置的启动与停止、工件和机床部件的松开与夹紧等。 （6）机床本体 数控机床的机床本体与传统机床相似，由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台、辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统及冷却装置等组成。 2．数控铣床的主要功能和加工范围 （1）点定位 点定位提供了机床钻孔、扩孔、镗孔和铰孔等加工能力。在孔加工中，一般会将典型的加工方式编制为固定的程序——称为固定循环，方便常用孔加工方法的使用。 （2）连续轮廓控制 常见的数控系统均提供直线和圆弧插补，高档的数控系统还提供螺旋插补和样条插补，这样就可以使刀具沿着连续轨迹运动，加工出需要的形状。连续轮廓控制为机床提供了轮廓、箱体和曲面腔体等零件的加工。 模具的型芯和型腔主要是靠数控铣加工来完成，但由于模具中的直角位、尖角位和通孔位都不能用刀具加工完成，此时就需要用电火花机或线切割机来加工。如图1-4模具所示的位置就需要使用电火花加工，如图1-5模具所示的位置则需要使用线切割加工。 图1-4 需要电火花的模具 图1-5 需要线切割的模具 编程工程师点评： 很多数控编程初学者认为无须了解火花机或线切割机，这种想法是非常错误的。因为只有非常清楚地了解火花机和线切割机的加工工艺知识，才能编写出合理刀路，提高生产效率、减少错误。 （3）刀具补偿 利用刀具补偿功能可以简化数控程序编制，提供误差补偿等。 3．数控铣床编程要点 （1）设置编程坐标系 编程坐标系的位置以方便对刀为原则，毛坯上的任何位置均可。 （2）设置安全高度 安全高度一定要高过装夹待加工件的夹具高度，但也不应太高，以免浪费时间。 （3）刀具的选择 在型腔尺寸允许的情况下，尽可能选择直径较大及长度较短的刀具；优先选择镶嵌式刀具；对于精度要求高的部位可以考虑使用整体式合金刀具；尽量少用白钢刀具（因为白钢刀具磨损快，换刀的时间浪费严重，得不偿失）；对于很小的刀具才能加工到的区域应该考虑使用电火花机或线切割机床加工。 （4）加工模型的准备 设置合适的编程坐标系；创建毛坯；修补切削不到的区域（如很小的孔、腔、没有圆角的异型孔等）。 1.2.2 数控刀具的介绍与选择 1．刀具的介绍 数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要连接刀具并装在机床动力头上，因此，它已逐渐标准化、系列化。数控刀具的分类有多种方法。根据刀具结构可分为：①整体式；②镶嵌式，采用焊接或机夹式联接，机夹式又可分为不转位和可转位两种；③特殊型式，如复合式刀具、减震式刀具等。根据制造刀具所用的材料可分为：①高速钢刀具；②硬质合金刀具；③金刚石刀具；④其他材料刀具，如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等。为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调和可换等的要求，近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用，在使用数量上达到整个数控刀具的30%~40%，金属切除量占总数的80%~90%。 数控铣刀从形状上主要分为平底刀（端铣刀）、圆鼻刀和球刀，如图1-6所示，从刀具使用性能上分为白钢刀、飞刀和合金刀。在工厂实际加工中，最常用的刀具有D63R6、D50R5、D35R5、D32R5、D30R5、D25R5、D20R0.8、D17R0.8、D13R0.8、D12、D10、D8、D6、D4、R5、R3、R2.5、R2、R1.5、R1和R0.5等。 图1-6 数控铣刀 （1）平底刀：主要用于粗加工、平面精加工、外形精加工和清角加工。其缺点是刀尖容易磨损，影响加工精度。 （2）圆鼻刀：主要用于模胚的粗加工和平面粗精加工，特别适用于材料硬度高模具的开粗加工。 （3）球刀：主要用于非平面的半精加工和精加工。 编程工程师点评： （1）白钢刀（即高速钢刀具）因其通体银白色而得名，主要用于直壁加工。它价格便宜，但切削寿命短、吃刀量小、进给速度低、加工效率低，在数控加工中较少使用。 （2）飞刀（即镶嵌式刀具）主要为机夹可转位刀具，这种刀具刚性好、切削速度高，在数控加工中应用非常广泛，用于模胚的开粗，平面和曲面粗、精加工效果均很好。 （3）合金刀（通常指的是整体式硬质合金刀具）精度高、切削速度高，但价格昂贵，一般用于精加工。 数控刀具与普通机床上所用的刀具相比，有许多不同的要求，主要有以下特点： （1）刚性好（尤其是粗加工刀具）、精度高、抗振及热变形小。 （2）互换性好，便于快速换刀。 （3）寿命高，切削性能稳定、可靠。 （4）刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间。 （5）刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除。 （6）系列化、标准化，以利于编程和刀具管理。 2．刀具的使用 在数控加工中，刀具的选择直接关系到加工精度的高低、加工表面质量的优劣和加工效率的高低。选择合适的刀具并设置合理的切削参数，将使数控加工以最低的成本和最短的时间达到最佳的加工质量。总之，刀具选择总的原则是安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。 选择刀具时，要使刀具的尺寸与模胚的加工尺寸相适应。如模腔的尺寸是80×80，则应该选择d25R5或d16R0.8等刀具进行开粗；如模腔的尺寸大于100×100，则应该选择d30R5、d32R5或d35R5的飞刀进行开粗；如模腔的尺寸大于300×300，那应该选择直径大于d35R5的飞刀进行开粗，如d50R5或d63R6等。另外，刀具的选择由机床的功率决定，如功率小的数控铣床或加工中心不能使用大于d50R5的刀具。 在实际加工中，常选择立铣刀加工平面零件轮廓的周边、凸台和凹槽等；选择硬质合金刀片的玉米铣刀加工毛坯的表面、侧面及型腔开粗；选择球头铣刀、圆鼻刀、锥形铣刀和盘形铣刀加工一些立体型面和变斜角轮廓外形。 3．刀具切削参数的设置 合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册并结合经验确定。具体要考虑以下5个因素： （1）切削深度ap(mm)。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，ap就等于加工余量，这是提高生产率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。 （2）切削宽度L(mm)。L与刀具直径d成正比，与切削深度成反比。经济型数控机床的加工过程中，一般L的取值范围为0.6d~0.9d。 （3）切削速度 (m/min)。提高 也是提高生产率的一个措施，但 与刀具耐用度的关系比较密切。随着 的增大，切削热升高，刀具耐用度会急剧下降，故 的选择主要取决于刀具耐用度。另外，切削速度与加工材料也有很大关系，例如，用立铣刀铣削合金刚30CrNi2MoVA时， 可取8m/min左右；而用同样的立铣刀铣削铝合金时， 可取200m/min以上。 （4）主轴转速n(r/min)。主轴转速一般根据切削速度 来选定。计算公式为 =πnd /1000（d为刀具直径，单位mm）。数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调（倍率）开关，可在加工过程中对主轴转速在一定范围内进行调整。 （5）进给速度f(mm/min)。f应根据零件的加工精度、表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。f的增加也可以提高生产效率。加工表面粗糙度要求低时，f可选择得大些。在加工过程中，f也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整，但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。 随着数控机床在生产实践中的广泛应用，数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。在数控程序的编制过程中，要在人机交互状态下即时选择刀具和确定切削用量。因此，编程人员必须熟悉刀具的选择方法和切削用量的确定原则，从而保证零件的加工质量和加工效率，充分发挥数控机床的优点，提高企业的经济效益和生产水平。 表1-1、表1-2和表1-3分别列出了白钢刀、飞刀和合金刀的参数设置（这些切削参数仅供参考，实际确定切削用量还应根据具体的机床性能、零件形状和材料及装夹状况等进行调整）。 表1-1 白钢刀参数设置 刀具类型 最大加工深度 （mm） 普通长度（mm） 刃长/刀长 普通加长（mm） 刃长/加长 主轴转速 （r/m） 进给速度 （mm/min） 吃刀量 （mm） D32 120 60/125 106/186 800~1500 1000~2000 0.1~1 D25 120 60/125 90/166 800~1500 500~1000 0.1~1 D20 120 50/110 75/141 1000~1500 500~1000 0.1~1 D16 120 40/95 65/123 1000~1500 500~1000 0.1~0.8 D12 80 30/80 53/110 1000~1000 500~1000 0.1~0.8 D10 80 23/75 45/95 800~1000 500~1000 0.2~0.5 D8 50 20/65 28/82 800~1200 500~1000 0.2~0.5 D6 50 15/60 不存在 800~1200 500~1000 0.2~0.4 R8 80 32/92 35/140 800~1000 500~1000 0.2~0.4 R6 80 26/83 26/120 800~1000 500~1000 0.2~0.4 R5 60 20/72 20/110 800~1500 500~1000 0.2~0.4 R3 30 13/57 15/90 1000~1500 500~1000 0.2~0.4 编程工程师点评： （1）刀具直径越大，转速越慢；同一类型的刀具，刀杆越长，吃刀量就要减小，否则容易弹刀而产生过切。 （2）白钢刀转速不可过快，进给速度不可过大。 （3）白钢刀容易磨损，开粗时少用白钢刀。 表1-2 飞刀参数设置 刀具类型 最大加工深度 （mm） 普通长度 （mm） 普通加长 （mm） 主轴转速 （r/m） 进给速度 （mm/min） 吃刀量 （mm） D63R6 300 150 320 700~1000 2500~4000 0.2~1 D50R5 280 135 300 800~1500 2500~3500 0.1~1 D35R5 150 110 180 1000~1800 2200~3000 0.1~1 D30R5 150 100 165 1500~2200 2000~3000 0.1~0.8 D25R5 130 90 150 1500~2500 2000~3000 0.1~0.8 D20R0.4 110 85 135 1500~2500 2000~2800 0.2~0.5 D17R0.8 105 75 120 1800~2500 1800~2500 0.2~0.5 D13R0.8 90 60 115 1800~2500 1800~2500 0.2~0.4 D12R0.4 90 60 110 1800~2500 1500~2200 0.2~0.4 D16R8 100 80 120 2000~2500 2000~3000 0.1~0.4 D12R6 85 60 105 2000~2800 1800~2500 0.1~0.4 D10R5 78 55 95 2500~3200 1500~2500 0.1~0.4 编程工程师点评： （1）表1-2中的飞刀参数只能作为参考，因为不同的飞刀材料其参数值也不相同，不同的刀具厂生产的飞刀其长度也略有不同。另外，刀具的参数值也因数控铣床或加工中心的性能和加工材料的不同而不同，所以刀具的参数一定要根据工厂的实际情况设定。 （2）飞刀的刚性好，吃刀量大，最适合模胚的开粗。另外，飞刀精加工陡峭面的质量也非常好。 （3）飞刀主要是镶刀粒的，没有侧刃，如图1-7所示。 图1-7 飞刀 表1-3 合金刀参数设置 刀具类型 最大加工深度 （mm） 普通长度（mm） 刀刃/刀长 普通加长 （mm） 主轴转速 （r/m） 进给速度 （mm/min） 吃刀量 （mm） D12 55 25/75 26/100 1800~2200 1500~2500 0.1~05 D10 50 22/70 25/100 2000~2500 1500~2500 0.1~0.5 D8 45 19/60 20/100 2200~3000 1000~2200 0.1~0.5 D6 30 13/50 15/100 2500~3000 700~1800 0.1~0.4 D4 30 11/50 不存在 2800~4000 700~1800 0.1~0.35 D2 25 8/50 不存在 4500~6000 700~1500 0.1~0.3 D1 15 1/50 不存在 5000~10000 500~1000 0.1~0.2 R6 75 22/75 22/100 1800~2200 1800~2500 0.1~0.5 R5 75 18/70 18/100 2000~3000 1500~2500 0.1~0.5 R4 75 14/60 14/100 2200~3000 1200~2200 0.1~0.35 R3 60 12/50 12/100 2500~3500 700~1500 0.1~0.3 R2 50 8/50 不存在 3500~4500 700~1200 0.1~0.25 R1 25 5/50 不存在 3500~5000 300~1200 0.05~0.25 R0.5 15 2.5/50 不存在 5000以上 300~1000 0.05~0.2 编程工程师点评： （1）合金刀刚性好，不易产生弹刀，用于精加工模具的效果最好。 （2）合金刀和白钢刀一样有侧刃，精铣铜公直壁时往往使用其侧刃。 1.2.3 模具结构的认识 编程者必须对模具结构有一定的认识，如模具中的前模（型腔）、后模（型芯）、行位（滑块）、斜顶、枕位、碰穿面、擦穿面和流道等。一般情况下，前模的加工要求比后模的加工要求高，所以前模面必须加工得非常准确、光亮，该清的角一定要清；后模的加工就有所不同，有时有些角不一定需要清得很干净，表面也不需要很光亮。另外，模具中一些特殊部位的加工工艺要求也不相同，如模具中的角位需要留0.02mm的余量待打磨师傅打磨；前模中的碰穿面和擦穿面需要留0.05mm的余量用于试模。 图1-8所示列出了模具中的一些常见结构。 前模 后模 图1-8 模具中常见的结构 行位 图1-8 模具中常见的结构（续） 编程工程师点评： 有些模具在未加工完成之前需要进行后处理，如回火、淬火和调质等，需要留0.5~1.5mm的余量。 1.3 数控编程常遇到的问题及解决方法 在数控编程中，常遇到的问题有撞刀、弹刀、过切、漏加工、多余的加工、空刀过多、提刀过多和刀路凌乱等问题，这些问题的解决方法也是编程初学者急需了解的。 1.3.1 撞刀 撞刀即是指刀具的切削量过大，除了切削刃外刀杆也撞到了工件。造成撞刀的原因主要是安全高度设置不合理或根本没设置安全高度、选择的加工方式不当、刀具使用不当和二次开粗时余量的设置比第一次开粗设置的余量小等。 下面以图表的方式讲解撞刀的原因及其解决的方法，如表1-4所示。 表1-4 撞刀原因及解决方法 序 号 撞 刀 原 因 图 解 撞刀解决方法 1 吃刀量过大 减少吃刀量。刀具直径越小，其吃刀量应该越小。一般情况下，模具开粗每刀吃刀量不大于0.5mm，半精加工和精加工吃刀量更小 续表 序 号 撞 刀 原 因 图 解 撞刀解决方法 2 选择不当的加工方式 将等高轮廓铣的方式改为型腔铣的方式。当加工余量大于刀具直径时，不能选择等高轮廓的加工方式 3 安全高度设置不当 （1）安全高度应大于 装夹高度； （2）多数情况下不能 选择“直接的”进退刀方式，除了特殊的工件之外 4 二次开粗余量设置不当 二次开粗时余量应比 第一次开粗的余量稍大一点，一般大0.05mm。如第一次开粗余量为0.3mm，则二次开粗余量应为0.35mm。否则，刀杆容易撞到上面的 侧壁 编程工程师点评： 除了上述原因会产生撞刀外，修剪刀路有时也会产生撞刀，所以尽量不要修剪刀路。撞刀产生最直接的后果就是损坏刀具和工件，更严重的可能会损害机床主轴。 1.3.2 弹刀 弹刀即是指刀具因受力过大而产生幅度相对较大的振动。弹刀造成的危害就是造成工件过切和损坏刀具，当刀径小且刀杆过长或受力过大时都会产生弹刀的现象。 下面以图表的方式讲解弹刀的原因及其解决的方法，如表1-5所示。 表1-5 弹刀原因及解决方法 序 号 弹刀的原因 图 解 弹刀的解决方法 1 刀径小且刀杆过长 改用大一点的球刀清角或电火花加工深的角位 2 受力过大（即吃刀量过大） 减少吃刀量（即全局每刀深度），当加工深度大于120mm时，要分开两次装刀，即先装上短的刀杆加工到100mm的深度，然后再装上加长刀杆加工100mm以下的部分，并设置小的吃刀量 编程工程师点评： 弹刀现象最容易被编程初学者所忽略，应该引起足够的重视。编程时，应根据切削材料的性能和刀具的直径、长度来确定吃刀量、最大加工深度及太深的地方是否需要电火花加工等。 1.3.3 过切 过切指刀具把不能切削的部位也切削了，使工件受到了损坏。造成工件过切的原因有多种，主要有机床精度不高、撞刀、弹刀、编程时选择小的刀具但实际加工时误用大的刀具等。另外，如果操机师傅对刀不准确，也可能会造成过切。 如图1-9所示的情况是由于安全高度设置不当而造成的过切。 编程工程师点评： 编程时，一定要认真细致，完成程序的编制后还需要详细检查刀路以避免过切等现象的发生，否则会导致模具报废甚至机床损坏。 图1-9 安全高度设置不当造成的过切 1.3.4 欠加工 欠加工指模具中存在一些刀具能加工到的地方却没有加工，其中平面中的转角处是最容易漏加工的，如图1-10所示。 图1-10 平面转角处的漏加工 类似于图1-10所示的模型，为了提高加工效率，一般会使用较大的平底刀或圆鼻刀进行光平面，当转角半径小于刀具半径时，转角处就会留下余量，如图1-11所示。为了清除转角处的余量，应使用球刀在转角处补加刀路，如图1-12所示。 编程工程师点评： 漏加工是比较普遍也最容易忽略的问题之一，编程者必须小心谨慎，不要等到模具已经从机床上拆下来了才发现漏加工，那将会浪费大量的时间。 图1-11 平面铣加工 图1-12 补加刀路 1.3.5 多余的加工 多余的加工指对于刀具加工不到的地方或电火花加工的部位进行加工，多余的加工多发生在精加工或半精加工。 有些模具的重要部位或者普通数控加工不能加工的部位都需要进行电火花加工，所以在开粗或半精加工完成后，这些部位就无须再使用刀具进行精加工了，否则就会浪费时间或者造成过切。如图1-13和图1-14所示的模具部位就无须进行精加工了。 图1-13 无须进行精加工的部位（一） 图1-14 无须进行精加工的部位（二） 编程工程师点评： 通过选择加工面的方式确定加工的范围，不加工的面不要选择。 1.3.6 提刀过多和刀路凌乱 提刀在编程加工中是不可避免的，但当提刀过多时就会浪费时间，大大地降低加工效率，提高加工成本。另外，提刀过多会造成刀路凌乱、不美观，而且会给检查刀路的正确与否带来麻烦。 造成提刀过多的原因有模型本身复杂、加工参数设置不当、选择不当的切削模式和没有设置合理的进刀点等。 下面以图表的方式列出了提刀过多的原因和解决方法，如表1-6所示。 表1-6 提刀过多的原因及解决方法 序 号 提刀过多 的原因 图 示 解决方法及图示 1 设置不当的 加工参数 2 选择不当的 切削模式 3 没有设置合 理的进刀点 编程工程师点评： 造成提刀过多的原因还有很多，如修剪刀路、切削顺序等，在后面章节的实例中将会有详细介绍。 1.3.7 空刀过多 空刀是指刀具在加工时没有切削到工件，当空刀过多时则浪费时间。产生空刀的原因多是加工方式选择不当、加工参数设置不当、已加工的部位所剩的余量不明确和大面积进行加工，其中选择大面积的范围进行加工最容易产生空刀。 为避免产生过多的空刀，在编程前应详细分析加工模型，确定多个加工区域。编程总脉络是开粗用铣腔型刀路，半精加工或精加工平面用平面铣刀路，陡峭的区域用等高轮廓铣刀路，平缓区域用固定轴轮廓铣刀路。 如图1-15所示的模型在半精加工时不能选择所有的曲面进行等高轮廓铣加工，否则将产生过多空刀。 图1-15 空刀过多 编程工程师点评： 避免空刀过多的方法就是把刀路细化，通过选择加工面或修剪边界的方式把大的加工区域分成若干个小的加工区域。 1.3.8 残料的计算 残料的计算对于编程非常重要，因为只有清楚地知道工件上任何部位剩余的残料，才能确定下一工序使用的刀具及加工方式。 把刀具看作是圆柱体，则刀具在直角上留下的余量可以根据勾股定理进行计算，如图1-16所示。 如果并非直角，而是有圆弧过渡的内转角时，其余量同样需要使用勾股定理进行计算，如图1-17所示。 图1-16 直角上的余量计算 图1-17 非直角上的余量计算 如图1-18所示的模型，其转角半径为5mm，如使用D30R5的飞刀进行开粗，则转角处的残余量约为4mm；当使用D12R0.4的飞刀进行等高清角时，则转角处的余量约为0.4mm；当使用D10或比D10小的刀具进行加工时，则转角处的余量为设置的余量，当设置的余量为0时，则可以完全清除转角上的余量。 图1-18 转角余量 编程工程师点评： 当使用D30R5的飞刀对如图1-19所示的模型进行开粗时，其底部会留下圆角半径为5mm的余量。 图1-19 底部留下余量 1.4 PowerMILL编程模板 有些工程师为了提高编程速度，都会制作一个或多个适合自己公司或工厂的编程模板。这样可以直接使用已创建好的模板，不必重复地创建常用的刀具了。 1.4.1 创建模板 创建模板主要包括了常用刀具的创建和常用刀具路径策略的创建。在电脑桌面上双击 图标打开PowerMILL软件，创建一个新的项目。 首先创建刀具库，如工厂常用的刀具有D50R5、D35R5、D30R5、D20R4、D17R0.8、D13R0.8、D12、D10、D8、D6、D4、R5、R4、R3、R2.5、R2、R1.5和R1等刀具，如图1-20所示。 图1-20 创建刀具 PowerMILL编程常用的刀具路径策略主要有偏置区域清除模型、等高精加工、最佳等高精加工、平行精加工、偏置平坦面精加工和三维偏置精加工等，如图1-21所示。 图1-21 创建刀具路径策略 在PowerMILL界面中选择〖文件〗/〖保存模板形体〗命令，弹出〖保存模板文件〗对话框。设置模板的保存路径，并输入文件名为“模板”，如图1-22所示。 图1-22 保存模板 1.4.2 输入模板 当创建好模板后，则每次编程前都需要打开模板来使用。在PowerMILL界面中选择〖插入〗/〖模板形体〗命令，弹出〖输入模板形体〗对话框。选择“模板”文件并打开，如图1-23所示。 图1-23 打开模板 1.5 模具中需要拆铜公的部位 作为一名编程工程师，必须要清楚模具中哪些部位需要拆铜公。下面以图表的方式详细介绍模具中需要拆铜公的部位，如表1-7所示。 表1-7 模具中需要拆铜公的部位 序 号 需要拆铜公的部位 图 解 铜 公 图 1 模具中存在直角或尖角的部位 2 圆角位太深且所在位置狭窄 3 由曲面与直壁或斜壁组成的角位 续表 序 号 需要拆铜公的部位 图 解 铜 公 图 4 模具结构中存在较深且窄的部位 编程工程师点评： 除了以上的情况需要拆铜公外，一些表面精度和粗糙度要求特别高的部分使用普通的数控加工难以达到要求时，在客户的要求下可使用电火花加工。 1.6 编程的工艺流程 编程时应该遵守编程的工艺流程，否则极容易出现错误。首先需要分析图纸、编写工艺卡等，接着需要编写模具的加工程序，然后将程序输入到数控机床，最后进行程序检验和切试。 （1）分析图纸 在数控机床上加工模具时，编程人员拿到的原始资料是零件图，根据零件图可以对零件的形状、尺寸精度、表面粗糙度、工件材料、毛坯种类和热处理状况等进行分析，然后选择机床和刀具，确定定位夹紧装置、加工方法、加工顺序及切削用量的大小。在确定工艺的过程中，应充分考虑所用数控机床的性能，充分发挥其功能，做到加工路线合理、走刀次数少和加工工时短等。此外，还应填写有关的工艺技术文件，如数控加工工序卡片、数控刀具卡片和走刀路线图等。 （2）编制程序 编程人员应根据工艺分析的结果和编程软件的特点选择合理的加工方法及切削参数，编制高效的程序。如本书使用PowerMILL软件进行编程，则应要熟悉PowerMILL的各种编程方法及各项参数的意义。 （3）输入程序 将加工程序输入数控机床的设备有光电阅读机、键盘、磁盘、磁带、存储卡、RS232接口及网络等。目前常用的方法有：通过键盘输入程序；通过计算机与数控系统的通信接口将加工程序传送到数控机床的程序存储器中（现在一些新型数控机床已经配置大容量存储卡存储加工程序，作为数控机床程序存储器使用，因此，数控程序可以事先存入存储卡中）；还可以一边由计算机给机床传输程序，一边加工（这种方式一般称作DNC，程序并不保存在机床存储器中）。 （4）检验程序和进行试切 数控程序必须经过校验和试切才能正式加工。一般可以利用数控软件的仿真模块首先在计算机上进行模拟加工，以判断是否存在撞刀、少切及多切等情况。 也可以在有图形模拟功能的数控机床上进行图形模拟加工，检查刀具轨迹的正确性，对无此功能的数控机床可进行空运行检验。但这种方法只能检验出刀具运动轨迹是否正确，不能查出刀具及对刀误差。由于刀具调整不当或某些计算误差引起的加工误差，所以有必要进行首件试切。当发现有加工误差不符合图纸要求时，应分析误差产生的原因，以便修改加工程序或采取刀具尺寸补偿等措施，直到加工出合乎图纸要求的模具为止。 1.7 练 习 题 （1）按使用性能刀具主要分为哪几种？飞刀的主要特点是什么？主要用于哪些加工上？ （2）加工模具时，多使用哪种刀具进行粗加工？使用哪种刀具进行清角？ （3）什么是撞刀和弹刀？为什么会产生这种情况？如何避免？ （4）造成刀路凌乱的原因有几种？如何避免？ （5）什么是过切？为什么会产生这种情况？如何避免？