在過去幾年中，中國引進了大量國外先進加工和檢測設(shè)備，在硬件方面已經(jīng)達到了較高的水平，解決了中國在機械加工制造領(lǐng)域的硬件問題，但對于CAD/CAM等系統(tǒng)軟件來說，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題。另外，在國際上更先進的制造技術(shù)，如數(shù)控機床在機檢測(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、Goodrich已經(jīng)大量應(yīng)用，但在國內(nèi)仍然需要進一步引進和消化。

CAD/CAM技術(shù)在國內(nèi)眾多企業(yè)已有廣泛的應(yīng)用，并具備相對較高的應(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軟件提供的技術(shù)以及軟件新的功能來進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，可以說高速加工是一項龐大的工程。

高速加工設(shè)備的大量應(yīng)用對編程系統(tǒng)的要求越來越高，價格昂貴的高速加工設(shè)備對軟件的安全性、有效性也提出了更高的要求。高速加工走刀速度達到常規(guī)加工的10倍以上，高速運動無法靠人工急停來預(yù)防任何編程過程的失誤（如過切、干擾、碰撞等）所造成的非常嚴重的事故。高速加工設(shè)備非常昂貴，任何意外事故都會給企業(yè)造成不可估量的損失，因此，對高速加工設(shè)備提出了一個基本要求：CAM系統(tǒng)必須具備全自動的（而不能是半自動或人工的）防過切，防碰撞功能，確保NC指令的絕對安全性，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、機床主軸等部件的壽命以及刀具在切削過程中載荷的均勻性。

1.賽車道加工技術(shù)和自動擺線加工技術(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粗加工中的賽車線加工方式是把刀具路徑看成賽車在跑道內(nèi)高速行駛。賽車可以偏離跑道的中心，從而產(chǎn)生類似于賽車在跑道內(nèi)的運動路徑；還可以在不減速的情況下轉(zhuǎn)彎，增加了刀路運動的光滑性、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粗加工中另外一個特有的加工功能是自動擺線加工選項。擺線加工是利用刀具沿一滾動的圓的運動來逐次，逐層對零件表面進行高速、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的智能余量識別功能，能在大加工量、全刀寬、拐角等區(qū)域自動判定，自動采用擺線加工方式，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

實際加工過程中的刀具、刀柄、夾具的干涉碰撞是操作者最擔心的問題。PowerMILL提供精確的刀具、刀柄、夾具的干涉檢查，自動截掉發(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度，指導(dǎo)操作者最優(yōu)化備刀準備，非常實用。在高速加工狀態(tài)下，完全避免過切和刀具夾持碰撞檢查更加重要，因為此時出現(xiàn)過切或刀具碰撞將會產(chǎn)生更嚴重的后果。高的運轉(zhuǎn)速度使操作者在加工中無論發(fā)現(xiàn)任何問題，都無法停機，因而加工前一定要用ViewMILL檢查刀具加工路徑，采用仿真檢查進行結(jié)果校驗。

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

最新的高速控制器具有NURBS選項，該選項允許用一系列曲線運動而不是大量的短直線運動進行精加工，從而使過程控制不再是速度瓶頸，加工速度可以進一步提高。由于每一段NURBS運動更長，機床控制器能向前預(yù)測得更遠，使得路徑設(shè)計和進給速率設(shè)置更加智能化。同時，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標準概念的五軸加工可選模塊，完全可以實現(xiàn)定位五軸加工方式（3+2軸）；連續(xù)五軸加工方式，五軸可以同時運動，并且確保加工頭在運動中間或改變軸向時不與工件及夾具碰撞。

新版PowerMILL進一步擴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點或指向點加工，自直線或到直線加工，驅(qū)動曲面加工產(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進行五軸加工的另外一個非常重要的優(yōu)點是它支持使用全范圍的不同類型的切削刀具，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。

PowerMILL自動對產(chǎn)生的全部刀具路徑進行刀具夾持和刀具的五軸碰撞檢測，這樣可確保加工過程中不出現(xiàn)過切，這對加工葉輪、螺旋槳、工模具內(nèi)部的小型型腔尤其重要。它具有專門的葉輪、葉盤加工功能。

(4)五軸應(yīng)用優(yōu)勢。

Delcam針對航空航天及模具制造的五軸加工實際需求開發(fā)的一系列加工方式，包括：PowerMILL提供加工通過點或指向點以及到直線或自直線加工；PowerMILL可自動調(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實現(xiàn)，從而達到最優(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時可設(shè)定快速切削，縮短工時，但刀具磨耗往往是只發(fā)生在刀尖，這樣會造成相當?shù)睦速M。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間內(nèi)掌握過去認為非常復(fù)雜的五軸編程。

五軸設(shè)備的昂貴價格使用戶對程序的安全性、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)備安全問題，減少編程人員及機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，軟件自動判斷碰撞區(qū)域，并自動調(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行碰撞干涉檢查。

軟件會自動區(qū)分當前刀具可以加工和不能加工的部分，并分割路徑，同時會提醒不試用分割路徑的最小刀具伸出長度。對碰撞部位，PowerMILL可以使用自動避讓五軸，或編輯部分刀具路徑的刀軸方向，對一個區(qū)域僅僅擺動一次，最大限度避免較多的五軸動作，大幅度提高加工效率。

PowerMILL可通過“部件余量”功能為單個曲面或者一組曲面進行加工預(yù)留量的設(shè)定，以實現(xiàn)各區(qū)域不同余量控制的編程，并且可以用顏色來區(qū)別余量不同的區(qū)域。

(6)CAM軟件的工藝積累過程。

PowerMILL擁有先進的刀具庫和刀具管理功能，刀具庫等于刀具知識庫，軟件可以自動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)真實機床仿真庫。

軟件內(nèi)置各大機床廠商機床庫，用于進行安全仿真，用戶可以根據(jù)自己的設(shè)備情況添加自己的設(shè)備庫。

(8)壁板類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，通過對國內(nèi)航空、兵器制造業(yè)、光學高精密制造存在的數(shù)控機床在線質(zhì)量控制問題的研究，意識到企業(yè)在使用現(xiàn)在的高速五軸加工制造過程中的問題的嚴重性，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)進行數(shù)控加工過程的產(chǎn)品質(zhì)量控制，嚴格控制制造過程的相關(guān)尺寸精度公差、形位公差、過程余量與工藝評估調(diào)整等是一種有效的解決方案。

“在機檢測”解決方案是一種在數(shù)控加工機床上使用的、用于自動化測量自由曲面和幾何體的離線編程軟件系統(tǒng)。Delcam PowerINSPECT OMV在機檢測系統(tǒng)能夠監(jiān)控任意加工工序階段的工件質(zhì)量情況，并能及時發(fā)現(xiàn)并修改錯誤，從而節(jié)省大量的加工時間和成本。例如，它能精確地檢測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)加工過程中是否存在錯誤。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，或者該刀具需要報廢和重新?lián)Q刀。

采用OMV數(shù)控機床在機檢測，也可為那些應(yīng)客戶要求必須提供獨立產(chǎn)品檢測的公司提供幫助。通過直接在數(shù)控機床上進行工件的初步檢測，能及時發(fā)現(xiàn)并修改錯誤，避免產(chǎn)品運送給檢測者后方發(fā)現(xiàn)錯誤的情況發(fā)生。

檢測和制造理論數(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模型進行數(shù)據(jù)檢測：(1)零件質(zhì)量檢測：形位公差、曲面誤差等；(2)裝配件的檢測：裝配誤差檢測，裝具檢測；(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報告，提供給工藝和制造體系的所有環(huán)節(jié)。

可以支持五軸機床，主要優(yōu)勢在于能夠在不需要重新裝夾工件的情況下，檢測任何倒勾形面情況。還能檢測到工件內(nèi)部無法直接沿Z軸方向檢測的特征的加工情況，例如，不同角度上的一系列孔，只需通過一個步驟就能檢測完畢。此外，當檢測較深的型腔或側(cè)壁時，可以采用較短的探針，通過降低刀頭位置靠近工件，并沿著曲面傾斜探針進行檢測。它能評估整個零件的誤差和形位公差。

采用OMV在機檢測，受益最明顯的是那些不具備檢測能力的生產(chǎn)廠家。大多數(shù)企業(yè)為了檢測一些大型零部件而花費巨額資金來配備專業(yè)設(shè)備，這種做法顯然是不經(jīng)濟的。大多現(xiàn)代數(shù)控機床都配備了或是可加上幫助工件裝夾的測量裝置。現(xiàn)在，這些數(shù)控機床如果配上PowerINSPECT的OMV模塊，則僅需花費極小的一點額外費用即可使這些測量裝置也具備檢測能力。這種裝置具備脫機編制完整檢測數(shù)控程序的功能，盡可能減少加工過程中發(fā)生操作中斷的情況。進行更高端自適應(yīng)加工(Delcam Fixture)的前提也必須使設(shè)備具備檢測功能，才能有效的實施自適應(yīng)加工。

結(jié)束語

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，更多地考慮的是實際工藝制造體系的完整性軟件的高級應(yīng)用取決于應(yīng)用企業(yè)的需求與思路。