hyperMILL5軸加工在模具加工中的應(yīng)用

奧奔麥科技（中國(guó)）公司 陳章偉 唐 銀

OPENMIND是來(lái)自德國(guó)的一家世界領(lǐng)先的CAD/CAM軟件及后處理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)商。2005年從德國(guó)慕尼黑來(lái)到了中國(guó)，成立了OPEN MIND（科技）中國(guó)?？偛吭O(shè)在上海，分別在北京、成都、東莞、西安設(shè)立了分公司。

hyperMILL是OPENMIND公司研發(fā)的一款集成化CNC編程CAM軟件。其主要客戶集中在航空航天、重工、汽車(chē)及模具制造等領(lǐng)域。OPENMIND提供給客戶的不僅僅是高品質(zhì)的軟件，更是把最先進(jìn)的2D、3D以及五軸加工應(yīng)用技術(shù)帶給客戶。針對(duì)客戶的需求，提供配合機(jī)床使用的整體解決方案，幫助客戶生產(chǎn)出高品質(zhì)的產(chǎn)品，以適應(yīng)世界市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要。2010年更是憑借其強(qiáng)大的功能優(yōu)勢(shì)在英國(guó)獲得了久負(fù)盛名的金屬加工生產(chǎn)（MWP）獎(jiǎng)，獎(jiǎng)項(xiàng)內(nèi)容為 “最佳CAD/CAM及操作系統(tǒng)”。由此hyperMILL?被證明是擁有廣泛加工策略和優(yōu)化功能最好的CAM軟件。

一、hyperMILL軟件的主要特點(diǎn)

隨著現(xiàn)代制造業(yè)加工不斷的進(jìn)步，模具5軸加工的應(yīng)用將來(lái)會(huì)廣泛的使用。怎么發(fā)揮出5軸機(jī)床加工的效率與品質(zhì)這就成了一個(gè)問(wèn)題。對(duì)機(jī)床和刀具的不了解、編程人員制定的加工工藝這些因素都會(huì)影響到加工的效率與質(zhì)量。因此一款好的CAM軟件就由其重要了，下面我們以一實(shí)例介紹hyper-MILL 5軸加工在模具加工中的運(yùn)用。

加工材料：HHP20；硬度32～34 HRC；材料尺寸（mm）： 645×570×258； 形狀如圖1所示。

圖1

首先我們?cè)诩庸で靶枰确治龉ぜ叽缧倍纫约癛角的大小，我們知道這些數(shù)據(jù)后才能更好地去選擇刀具大小和加工工藝。選擇hyperMILL分析功能，在分析的菜單下選擇圓角分析選擇工件，可以一次性分析出所有R大小以及平在和斜度（見(jiàn)圖2）所示。

圖2

分析完R角斜度以及平面，我們需要加工最小的R角為0.67mm,還需要做一個(gè)5軸加工的角度分析，分析出一個(gè)合理的角度，可以在后面5軸加工時(shí)大大地節(jié)約計(jì)算時(shí)間。刀具位置的分析如圖3所示。

圖3

分析完所有數(shù)據(jù)后，我們就可以給出一份合理的刀具清單。hyperMILL提供了智能強(qiáng)大的人性化的刀具數(shù)據(jù)庫(kù)，只需要辛苦一次做好刀具數(shù)據(jù)庫(kù)，后面將受益無(wú)窮。沒(méi)有刀具數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)因?yàn)椴煌木幊倘藛T設(shè)置不同的參數(shù)，往往達(dá)不到機(jī)床最大的加工水平。在刀具數(shù)據(jù)庫(kù)中可以設(shè)定所有的加工參數(shù)，如轉(zhuǎn)速進(jìn)給ep，在同一把刀下面可以設(shè)定不同的加工參數(shù)，如開(kāi)粗、中粗、光面、光側(cè)、光底，這樣就可以保證所有編程人員的參數(shù)一致性。如圖4所示。

圖4

“磨刀不誤砍柴工?！苯?jīng)過(guò)一系列的分析，此工件可以選擇一把D50R6或更大刀具用來(lái)開(kāi)粗。hyperMILL作為目前最為成熟的CAM軟件之一，提供了豐富的2D到5軸加工策略。我們選擇任意毛坯粗加工來(lái)作為此工件開(kāi)粗工法，在任意毛坯粗加工刀具的選項(xiàng)卡中使用圓鼻刀，我們需要把考慮圓角半徑打鉤，在后面參數(shù)的選項(xiàng)卡中的步距會(huì)自動(dòng)減掉刀具的R角，這樣就不需要人去計(jì)算刀間距，給一個(gè)合理直徑系數(shù)就可以。在策略選項(xiàng)卡中，刀具路徑圓角根據(jù)不同的刀具給一個(gè)圓角半徑，生成一個(gè)沒(méi)有銳角刀路。順暢的刀具路徑會(huì)少很多的突然加減速，這樣會(huì)提高加工的效率。在參數(shù)選項(xiàng)卡中，檢測(cè)平面層需要選擇到自動(dòng)，選擇自動(dòng)后能保證工件所有平面Z層余量的均勻。在光刀加工中，不會(huì)因?yàn)閆層的余量不同而影響到刀具的壽命。在設(shè)置的選項(xiàng)卡中產(chǎn)生結(jié)果毛坯需要打鉤，能產(chǎn)生一個(gè)此刀路加工不到的毛坯，二次開(kāi)粗會(huì)根據(jù)此毛坯精確計(jì)算出我們需要的刀路。通過(guò)分析，我們知道刀具的裝夾長(zhǎng)度，可以關(guān)掉刀具檢查選項(xiàng)，這樣可以加快計(jì)算速度（如圖5、圖6所示）。

圖5

圖6

任意毛坯粗加工生成的刀具路徑及產(chǎn)生過(guò)程毛坯，如圖7、圖8所示。

眾所周知，一個(gè)程式的好與差，關(guān)鍵在于二開(kāi)粗是否能加工到位，有沒(méi)有空刀。hyperMILL任意毛坯開(kāi)粗可以產(chǎn)生一個(gè)結(jié)果毛坯，結(jié)果毛坯是根據(jù)前一程式加工不到位置產(chǎn)生的一個(gè)毛坯，所以hyperMILL二次開(kāi)粗根據(jù)此毛坯精確計(jì)算，做到?jīng)]有多余空刀，不留多余殘量。這樣就保證了精加工時(shí)余量的均勻，精加工刀具不會(huì)有突然的過(guò)載，大大提高了刀具的使用壽命，減少了使用刀具成本。如圖9、圖10所示。

圖7

圖8

圖9

圖10

此工件分型面190mm高，如果傳統(tǒng)3軸會(huì)選一把大飛刀加工。大飛刀加工的分型面往往會(huì)加工不準(zhǔn)，比如刀具裝夾太長(zhǎng)會(huì)有擺動(dòng)、操作人員測(cè)刀不準(zhǔn)、測(cè)完刀具后又需要編程人員改程式等。不確定性因素太多往往會(huì)導(dǎo)致加工過(guò)切或留有余量，需要鉗工打磨，這樣就嚴(yán)重影響到效率與品質(zhì)。而對(duì)模具廠來(lái)說(shuō)效率與品質(zhì)就是生命，這時(shí)我們就可考慮用5軸加工。5軸加工可以減少刀具長(zhǎng)度，用更有力的刀具進(jìn)行深腔加工；延長(zhǎng)刀具壽命，減少刀具使用成本?？梢允褂玫毒邆?cè)刃或底加工，全區(qū)域的使用圓鼻刀；提高進(jìn)給速度，縮短加工時(shí)達(dá)30%或更多；取得最佳表面精度，增加光潔度減少拋光時(shí)間。hyperMILL 5軸等高加工只需設(shè)置一個(gè)自動(dòng)的角度就可以完成分型面加工程式，D12R6刀具裝30mm長(zhǎng)（如圖11、圖12所示）。

圖11

圖12

在模具的加工中最不原意看到的是工序就是EDM放電加工，因?yàn)榉烹娂庸な紫刃枰狢NC加工銅公、放電加工周期長(zhǎng)，從而增加費(fèi)用、降低效率。此工件有一圈0.67mm R角，如圖13所示的綠色區(qū)域，按傳統(tǒng)加工肯定是放電加工，需要420mm×30mm×80mm、 60mm×30mm×100mm、 60mm×40mm×100mm銅各4件。既然如此昂貴的成本，還增加出錯(cuò)的機(jī)會(huì)，我們?yōu)槭裁床贿x擇5軸加工呢？采用hyperMILL 5X清角加工，我們只需在5軸選項(xiàng)用自動(dòng)功能就可滿足需求（如圖14、圖15所示）。

圖13

圖14

圖15

當(dāng)我們所有程式都做好以后，5軸加工還需要用hyperVIEW三維切削仿真加工。在仿真加工時(shí)，我們需要把干涉檢查選項(xiàng)都打鉤，模型，刀具，刀柄，刀夾，機(jī)床之間的潛在的碰撞，并產(chǎn)生碰撞區(qū)域列表。通過(guò)可用的及使用的工件臺(tái)功能，可以定義工件的最佳位置來(lái)解決因工件起超行程反復(fù)裝夾問(wèn)題。渲染狀態(tài)下直觀地進(jìn)行零件加工試切，同時(shí)可以動(dòng)態(tài)地顯示工藝參數(shù)（各軸的極限行程，加工所需時(shí)間，進(jìn)給速率等），如圖16、圖17所示。

圖16

圖17

hyperMILL后置處理提供可供用戶修改的后置處理配置器，針對(duì)不同的控制器和機(jī)床有復(fù)雜和微妙的差別，以及個(gè)別的工件的特殊要求，提供最佳后處理方案。如沒(méi)有RTCP的機(jī)床我們只需在后置處理配置器里面給一個(gè)偏數(shù)就可以了。加工公差，加工速率Q值，安全點(diǎn)的位置，A/B軸的角度范圍等一些常規(guī)加工數(shù)據(jù)，以及同一類型的機(jī)床，也考慮到了它的不同點(diǎn)。支持?jǐn)[動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸、斜向旋轉(zhuǎn)軸、有限制的旋轉(zhuǎn)軸、依靠旋轉(zhuǎn)角的補(bǔ)償（RTCP）、最短空間刀具路徑，用戶都可以通過(guò)后置處理配置器自行修改，如圖18所示。

圖18

其實(shí)，現(xiàn)在的CNC編程大多都是在做體力活，比如說(shuō)刀具的設(shè)置、切削參數(shù)設(shè)置、加工工法的設(shè)置，每天都在做著同樣的這些事情。hyperMILL完全可以把這些事情交給系統(tǒng)完成，讓編程人員更著重于加工工藝分析，來(lái)提高工作的品質(zhì)與效率。

下面以一個(gè)加工實(shí)例來(lái)講解自動(dòng)加工的設(shè)置。

首先，根據(jù)工廠加工的產(chǎn)品做一個(gè)加工工藝分析，然后根據(jù)加工工藝設(shè)置CPF自動(dòng)加工。在hyperMILL導(dǎo)航器選擇特征，在導(dǎo)航器空白處點(diǎn)擊右鍵選擇新建下面Customized Process Feature里面加工目標(biāo)，在Customized Process Feature里面設(shè)置好特征參數(shù)。如我們常用的銅公加工需要設(shè)置2組曲面、2輪廓線以及加工區(qū)域和毛坯模型；在曲面與輪廓線的選項(xiàng)里面我們定義好過(guò)濾器，分別可以用圖層與顏色來(lái)過(guò)濾；更新剛才新建的CPF，選擇CPF右鍵選擇新建帶有特征的工單，以這樣的方式加入需要加工此工件的工法；回到工單導(dǎo)航器選擇剛才新建的工單，在特征選項(xiàng)需要激活與關(guān)閉一些選項(xiàng)；計(jì)算工單此銅公程式編完；此文件可以作為模板保存，當(dāng)以后遇到近似于60%工件，調(diào)入此模板更改面線顏色，更新CPF只需計(jì)算編程就完成 （見(jiàn)圖19）。

圖19

二、結(jié)束語(yǔ)

可以預(yù)見(jiàn)，隨著5軸加工在模具加工中的廣泛應(yīng)用，可以大大地縮短模具生產(chǎn)的交貨期，減少模具生產(chǎn)的成本，保證加工的效率與質(zhì)量。為確保模具一次加工成功，必須采用先進(jìn)的CAM編程軟件，最大限度地減少加工過(guò)程帶來(lái)的失誤。hyperMILL具有強(qiáng)大智能人性化的5軸加工能力，比如說(shuō)刀具數(shù)據(jù)庫(kù)可以保證編程人員的參數(shù)一致性，自動(dòng)5軸編程可以減低對(duì)編程人員的要求，安全可靠hyperVIEW三維切削仿真加工。對(duì)于從事編程人員來(lái)說(shuō)，要掌握好CAM軟件這一有效工具才是加工復(fù)雜模具的關(guān)鍵。