基于Visi-CAM的加工应用

摘要：介绍了Ｖｉｓｉ－ＣＡＤ／ＣＡＭ软件在数控加工中的应用，分析和比较了Ｖｉｓｉ－ＣＡＭ的各种加工方法和加工参数设定。利用加工策略产生由Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ系统绘制复杂的３Ｄ外形的粗加工和精加工ＣＮＣ刀具路径，快速产生现代高速铣床所需的刀具路径。关键词：数控加工；加工参数；刀具路径；粗加工；精加工０引言英国Ｖｉｓｉ－ＣＡＤ／ＣＡＭ软件是一套整合产品设计、模具设计和加工的全方位ＣＡＤ／ＣＡＭ软件。并且可以解决传统的ＣＡＤ／ＣＡＭ系统在各系统间作档案转换而产生的错误。ＶＩＳＩ－ＣＡＤ／ＣＡＭ软件可以在Ｗｉｎ９５／９８／ＮＴ／２０００／ＸＰ系统下安装。该软件的界面友好，能够进行设计工程的各方面，如３Ｄ零件设计、注塑模具和冷冲模具设计、全面的２Ｄ和３Ｄ加工策略等。Ｖｉｓｉ－ＣＡＭ加工策略是一套功能强大的３ＤＣＡＭ产品，完全的实体与曲面模型制作，零件加工方法容易定义，并提供与其它ＣＡＤ系统间的输入／输出接口。可为在任何３Ｄ建模系统中创建的复杂形状产生最佳粗加工和精加工的ＣＮＣ刀具路径。该系统可产生现代高速数控铣床所需的刀具路径，并可进行刀具运动仿真和实体形状最小切片表示，以免错误的自由加工和减少加工废料。１Ｖｉｓｉ－ＣＡＭ实体加工Ｖｉｓｉ－ＣＡＭ实体加工包含：在加工管理器（如图１所示）中选择适当的加工方法，定义刀具路径，粗加工和精加工已经建立好的或是由外部输入的模具模型或是一般的零组件。ＶＩＳＩ－ＣＡＭ实体加工计算刀具路径时，使用了每一个实体或曲面的等参数曲线的轮廓线，须先将实体或曲面定义并建成联结件后，才可开始加工。Ｖｉｓｉ－ＣＡＭ实体加工具有如下特点：（１）２Ｄ袋型加工可设定各不等高度岛屿同时加工。（２）３Ｄ基本实体特征自动辨识与加工，３Ｄ加工可使用球刀／平刀及锥形刀，可指定下刀点，并提供螺旋／倾斜／圆弧／轴向与切进／出刀方式。（３）留料量可设负值。平刀可做投影式加工并自动补偿刀径。（４）各精加工均提供粗加工模式，并可局部对浅滩或对角线做最佳化加工。（５）实体模拟切削，可反读ＮＣ码（Ｇ／Ｍ码），并比对原始工件与切削模拟后成品间的差异。（６）可针对ＳＴＬ加工及提供转轴加工（较深的母模穴）。（７）Ｚ等高粗加工可自动设定Ｚ轴增量值及对浅滩做最佳化加工。Ｚ等高精加工可控制及针对陡坡区域加工。（８）精加工提供平行式，螺旋式，环绕式，单（双）引导线式，及投影式加工。单（双）引线式加工提供“刀具等负荷”理念特别适合特殊与高速加工。（９）单曲面加工可针对单一曲线或投影其参数线刀路到任意实体模型上。（１０）残料与交线加工均提供渐进工长轴／短轴与投影式加工。各式３Ｄ刀具路径均可多次重复修剪（以图素修剪后，可保留内部或外部刀路）及编辑（局部删除、拷贝、复制、旋转、比例等）。加工知识库可批次执行刀具路径计算，及重复应用于不同类型工件，不需重新再设定加工程序。修改加工参数后刀具路径自动更新。实体刀削模拟提供颜色显示比对出刀削后的成品与原设计工件之间的差异，如图２所示。２Ｖｉｓｉ－ＣＡＭ加工方法２．１粗加工粗加工是将一块坯料加工到接近最终联结件（即成品）的外形，此指令可多次重复使用，以达到加工效果，新建粗加工方法如图３所示。粗加工的参数设定如下：（１）定义刀具一般参数：选取刀具类型，编辑、定义加工刀具尺寸，如选择直径为２０ｍｍ的平铣刀。（２）定义切削参数（图４）：刀具材料；切削模式—粗切，半精切削，精切削；切削条件；进给速度；切削参数等。（３）切削宽度：两条连续刀具路径间的距离（刀具中心到相邻路径的刀具中心间的距离），系统将以目前使用的刀具半径作内定的切削宽度，可依据材料材质，机床刚性与刀具的材质调整并找出适合使用机床与作业特性的切削宽度。（４）倾斜角度／斜进刀角度：参数代表刀具下降下的位移角度（倾斜进刀的角度）。（５）侧边进给距离：代表从侧边进刀时所需的进给距离，配合粗加工使用时，可避免刀具直接插入工件或免除需以人工定义加工起点的麻烦。（６）路径间转移方法（到Ｚ间隙平面／安全位移高度）：此种路径与路径间转移的方法是以完成每一次加工路径后，选将刀具先移到Ｚ间隙平面／安全位移高度后，再移动到下一个路径的安全位移高度。（７）外部进刀：此类的进刀方式采用从联结件边界轮廓的外侧／部进刀，刀具将由联结件轮廓的外部进刀，因为可避免插刀，故特别适用于以平底铣刀对凸模做粗加工。（８）环绕式：产生环绕式的粗加工路径，可选择由内到外或由外到内一层层的环绕式袋形铣削路径。往复式：粗加工联结件时，使用一层层的平行往复式袋形加工路径时（不同对于环绕式袋形加工），依此方法产生的刀具路径将平行于加工角度。（９）起始—结束Ｚ点：使用点选或用输入坐标的方法，定义起始与结束的加工高度。（１０）加工边界：选择此参数时可将刀具限制在先前已定义的边界内，加工时可依需要选择边界限制的参数（有线内，线上，线外三种不同的选择）。（１１）换刀：如果选择换刀，系统将再次显示建立刀具的对话框。（１２）更改材料方向：加工凹模时，如果没有设定更改材料方向，将加工凹模本身；如果有设定更改材料方向，则加工凹模的外围。２．２平行式加工主要用于加工平面，曲面及斜面。能很好地铣出此面的话就用球刀，当然用端铣刀也可以。当使用平行式加工时Ｖｉｓｉ－ＣＡＭ实体加工以相等间距（此间距为一变数，可选择使用保持固定间距或保持固定余料高度的计算方法）计算通过联结件的断面，再依此产生刀具路径，如图５所示。此种加工方式采用自动控制区域或与避免曲面碰撞的方法，所以特别适用于加工复杂的几何形状，它同时也提供了两种平行式加工策略，分别是单向和双向（往复式）加工，这些策略也可以配合各种加工角度（相对于联结件），用以计算出所需的刀具路径。２．３Ｚ等高加工此指令由自动执行一连串由顶到底的循边铣削路径为加工联结件，其加工程序则是连接每一层（每个不同的Ｚ高度均代表一个加工层）的刀具路径页成为一个完整的加工路径。此指令允许使用不同种类的刀具加工由多重曲面组成的联结件，如图６所示。２．４环绕式加工使用环绕式加工需有边界以定义刀具的移动及作为刀具的引导线，从此边界（引导线）向内或向外产生连续的偏置廓线将形成刀具的移动路径，此边界可以是任意的外凸或内凹的形状，但必须都是封闭的轮廓线，如图７所示。２．５辐射式加工刀具以辐射式的移动方式加工联结件，辐射式刀具路径的计算是依照理论的中心点，内部／外部的封闭轮廓边界线与起始／结束角度三种设定间所形成的加工范围。辐射式加工刀具路径如图８所示。２．６残料袋铣２Ｄ当一个区域被执行袋铣后，将会有留下一些因为刀具过大而无法铣削到的区域。如果在袋铣操作时，启动了残料轮廓线核对栏，那么这些无法铣削到的区域将会以轮廓线标示出来并建立成残料轮廓线，因此可以在袋铣２Ｄ操作中选中使用它们。且允许不同高度的岛屿同时存在，操作时先选取要被加工的外部轮廓线后再确认。３实例分析对于这类既有圆角又有斜面的形体，采用多种方法进行加工，并比较其加工效果、加工时间。（１）等高加工斜面和圆角，每次下刀量为０．０８ｍｍ，按照此深度，往复移动加工，如图９所示。等高加工后发现圆圈处仍有余料，如图１０所示。（２）平行加工，刀间距为０．０８ｍｍ，双向移动，固定的刀间距方式。平行加工的效果，表面效果较好，但当圆角弯曲度较大时，表面有鱼纹状的刀痕，可以通过设定它的圆弧公差，以达到加工效果。（３）单多曲面加工，选的曲面是圆角面和斜面，因两个面连接并相切，故刀具路径仍是相连的，不会因加工完一个面后，提刀去加工另一个面，而在交接处生刀痕。单多曲面加工效果同平行加工，如图１１所示。（４）双引导线加工，关键是两引导线的建立，及保持引导线的方向性，如图１２所示。（５）此外，还可采用单引导线加工，高速等高加工，综合上述方法并进行比较，加工类似工件，插铣方法（平行加工，双引导线加工）运算时间较短，加工效果较好，等高环绕加工的运算时间较长，加工效果不如前者。