浅析POWERMILL软件在模具加工中的价值

摘要：在现代机械加工中，由于数控设备一般都价格不菲，编程人员在编写NC程序时，首先追求的是目标的安全性，其次是加工精度和切削效率。这样，在选择CAM软件时，首先要求它具备较强的碰撞、过切检查能力，其次要求具备插补算法先进、进给率优化等功能，这一点在模具零件的制造上体现得尤为明显。POWERMILL软件能有效满足这些具体要求，在模具制造业中得到了广泛应用。
　　关键词：模具制造；CAM软件；POWERMILL；曲面粗精加工
　　中图分类号：TP391　　　　　文献标识码：A　　　　　文章编号：1009-2374（2012）26-0065-03
　　1　概述
　　模具是工业生产的基础工艺装备，在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通信等产品中，60%～80%的零部件都依靠模具成型。模具是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍甚至上百倍。
　　随着自动编程软件和计算机控制技术的发展，模具设计与制造行业正在经历一场日新月异的技术革命。在这场技术革命中，逐步掌握三维软件的使用，并用于模具的数字化设计与制造是其中的关键。
　　目前加工成型曲面的一般过程是：首先，利用计算机图形学原理和技术将零件的外形数字化，在特定坐标系下以点、线、面、体的形式将要加工的零件描述出来（这属于CAD技术范畴）。有了这些几何元素之后，接着计算机可以根据几何公式计算出零件上任意点的坐标系来，再配合编程人员设定的毛坯、道具、切削用量和切削方式等元素，即可计算出刀具要在毛坯上切削出零件外形的刀位点来，将这些刀位点经数据格式转换后规则地传输到机床数控系统中，经过数控系统的差补运算实现机床坐标的X、Y、Z坐标运动从而加工出零件来（这属于CAM范畴）。
　　上述过程表明，CAM技术的有效实现是整个零件数控加工过程中的关键步骤，一款优秀的CAM软件应能帮助我们高效、高质量、安全地计算出机床所需要的坐标点数据来。
　　模具零件上高质量的自由曲面一般都是通过数控机床铣削成型的。据统计，铣削加工的工时占据了整个模具制造周期的30%～50%。因此，选择一款适合模具加工企业使用的CAM系统就显得特别重要。
　　POWERMILL软件是英国剑桥大学科研团队开发的，由英国Delcam公司推出的，面向模具零件加工的一款计算机数控编程系统，可以提供2～5轴的高速铣削加工。1977年英国Delcam公司正式成立，1991年左右Delcam公司的产品正式进入中国市场。它是目前市面上各类CAM软件加工中加工策略最为丰富的一套系统，该系统具有算法先进、计算速度快、易学易用、刀具路径安全性高的特点，这些优点使该软件在航空器制造业和模具制造业中得到了广泛的应用。
　　2　POWERMILL软件的特点
　　POWERMILL是一款较为独立的CAM系统，和其他系统相比，它具有以下5个显著特点：
　　2.1　实现与CAD技术分离
　　在产品制造过程中，产品的设计技术（CAD）与产品的制造技术（CAM）地点往往不同，侧重点也就不相同。目前市面上的大多数曲面CAM系统在功能和结构上均属于混合型CAD/CAM系统，不太符合产品设计与制造相分离的结构要求。POWERMILL系统实现了与CAD系统分离，更符合生产过程的自然要求。
　　2.2　极其丰富的刀具路径策略
　　在POWERMILL系统中，将走刀方式称为刀具路径策略。POWERMILL软件是目前国内市面上CAM领域内刀具路径策略最为丰富的系统之一，粗、精加工策略合计起来达到30多种。
　　2.3　易学易用，界面风格简单，选项设计集中
　　POWERMILL软件编程的流程和铣削加工的工艺过程是一致的，从输入零件模型到输出NC程序，该软件操作步骤较少（8个步骤左右），初学者可以快速掌握。有使用其他软件编程经验的人员使用该软件可以快速提高编程质量和效率。
　　2.4　POWERMILL软件界面风格简单、清晰
　　创建某一工序（例如精加工）刀具路径时，其各项设置基本上集中在同一个窗口（系统称为“表格”）中进行，修改起来极为方便。
　　2.5　刀具路径计算速度快
　　有编程经历的技术人员可能都会有这样一种体会，即在现有计算机硬件配置条件下，计算加工复杂型面的刀具路径时，占用计算机的硬件资源非常惊人，计算速度慢，有时候甚至计算不出来。在这一方面，POWERMILL系统具有极为突出的计算速度优势。
　　另外，值得注意的是，POWERMILL在系统内提供了计算器工具，所具有的功能要强于WINDOWS操作系统附件所提供的计算器。它是考虑到数控编程中的一些计算而专门设置的，并且可以将计算结果传输给相关的编程参数。
　　3　POWERMILL软件的加工方式
　　POWERMILL软件具有粗加工、精加工、清角和钻孔加工4种基本的加工方式，现分别简述如下：
　　3.1　粗加工的几种常用模型
　　偏置区域清除模型：刀具路径偏置模型切削层面的轮廓线，用于复杂零件的粗加工；平行区域清除模型：刀路平行分布，加工效率高，计算速度快，用于结构相当简单的零件粗加工；轮廓区域清除模型：生成单层刀路，用于铣削三维轮廓；插铣：能快速去除大量粗加工余量，加工效率高。
　　3.2　精加工的几种常用模型
　　三维偏置精加工：三维方向等距加工，广泛用于零件型面的精加工；等高精加工：模型陡峭部位等距加工，用于零件陡峭区域的精加工；平行精加工：平坦部位等距加工，广泛用于零件精加工；交叉等高精加工：系统自动设定平坦部位用三维偏置策略，陡峭部分用等高策略；最佳等高精加工：与交叉等高精加工的区别是，由用户来设定平坦与陡峭部位的分界条件；参数偏置精加工：在两条预设的参考线之间分布刀路；平行平坦面精加工：加工模型的平面，刀路沿模型的轮廓线分布；偏置平坦面精加工：加工模型的平面，刀路沿模型的轮廓线分布；放射精加工：刀路由一点放射出去，适用于圆环面精加工；螺旋精加工：刀路沿螺旋线展开，用于圆环面、圆球面的精加工；镶嵌参考线精加工：使用参考线定义刀路接触点；参考线精加工：刀路由已有的参考线生成，用于测量型面、刻线及文字加工；轮廓精加工：对选取的曲面进行轮廓加工，允许刀路在该曲面之外；投影精加工：多用于五轴加工。
　　3.3　清角加工的几种典型模型
　　笔式清角精加工：模型角落处单条刀路加工，沿着零件表面上的角落线生成单条清角刀具路径；多笔清角精加工：模型角落处多条刀路加工；自动清角精加工：在模型平坦部位沿着角落到条刀路加工，在陡峭部分使用Z字形刀具加工。系统自动识别零件上尖角处的大量余量，并首先将这些余量用类似于粗加工的方式缝合式刀具路径去除掉；沿着清角精加工（Along corner toolpath）：偏置角落线生成多条清角刀路。
　　3.4　钻孔：各类钻孔的加工方式
　　4　结语
　　从笔者使用POWERMILL软件为时不长的浅薄经验来看，发现该软件真的和其他市面上的CAM软件有较大的差别，确实是真正做到了与CAD部分的分离，操作简便，极易上手，算法先进，引入模型和后置处理的计算速度都较快。刀路分析明确，安全性高，后置G指令也较为准确清楚，在机床上稍做调整即可直接使用。另外，该软件对计算机硬件设备的要求也不高（尤其是对显卡要求较低），分析刀路的速度明显高于其他同类别软件，这一点也特别有利于在教学方面的使用。总之，该软件是一款面向模具零件加工的优秀自动数控编程系统，今后在模具制造业中一定会得到更为广泛的应用。
　　参考文献
　　．北京：清华大学出版社，2006．
　　．北京：人民邮电出版社，2006．
　　．北京：清华大学出版社，2008．
　　作者简介：娄婷（1981-），女，吉林长春人，长春工业技术学校教师，中级职称。