HyperMILL软件高速切削数控编程策略与实例研究

1、HyperMILL软件高速切削数控编程策略与实例研究1 绪论11.1 课题研究背景11.1.1 机械加工技术的发展11.1.2 高速切削的概念21.1.3 国内外高速切削数控编程研究现状21.2 本课题研究目的及意义31.3 本课题的主要工作42Hypermill高速加工编程策略研究52.1 高速加工简介52.2 HpyerMILL在铣削环节的应用52.3 在开粗加工中的应用62.3.1路径平滑化62.3.2 满刀切削状态62.3.3 进退刀设置及下刀位置72.4 HyperMILL在二次开粗重的应用72.5 投影加工82.6 等高加工102.6.1清层程式102.6.2 進給模式設定112.

2、6.3 路径平滑化112.7 等高等距加工122.8 UV沿面加工122.9 清角加工132.9.1倾面加工132.9.2 设定切削模式133 基于HyperMILL的零件高速切削加工实例研究143.1 零件建模143.2 基于HyperMILL的一个型腔类零件的加工173.2.1 编程前的工艺分析173.2.2 导入加工零件173.2.3 建立工作清单及设定183.2.4 3D等高粗加工203.2.5 3D等高精加工223.2.6 3D型腔形成铣243.3 小结263.4基于HyperMILL的箱体零件的加工273.4.1 型腔铣283.4.2 中心钻303.4.3 点钻313.4.4 2D

3、轮廓铣333.4.5 3D偏置粗加工353.4.6 投影精加工373.5 小结403.6 基于HyperMILL的叶轮加工413.6.1载入工件413.6.2 建立工作清单423.6.3 特征处理433.6.4 叶轮的开粗加工433.6.5 叶片的精加工493.6.6 流道精加工523.6.7 叶轮圆角加工554总结59参 考 文 献61致谢631 绪论1.1 课题研究背景1.1.1 机械加工技术的发展制造业是国民经济和国防建设的基础性产业，先进制造技术是振兴传统制造业的技术支撑和发展趋势，是直接创造社会财富的主要手段，谁掌握先进制造技术，谁就能够占领市场。而数控技术是先进制造技术的基础技术和

4、共性技术，已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志【1】。20世纪中、后期，机械加工的主要特点是【2】：不断提高机床的加工速度和精度，减少对手工技艺的依赖；提高成形加工、切削加工和装配的机械化和自动化程度；利用数控机床、加工中心、成组技术等，发展柔性加工系统，使中小批量、多品种生产的生产效率提高到近于大量生产的水平；研究和改进难加工的新型金属和非金属材料的成形和切削加工技术。随着工业化水平的提高，制造业逐渐向网络化、智能化发展，利用计算机编程来控制机床进行高速度、高精度的加工也成为当代制造业的趋势。切削加工是当前离散机械制造业的主要工艺手段，是应用比例最高的机械加工工艺，切削加工的劳动量约占总劳

5、动量3040【3】。据统计，全世界工业发达国家（包括俄罗斯）在20世纪90年代中期每年用于切削加工的费用就已超过了2500亿美元，美国每年消耗在切削加工方面的费用达1000亿美元【4】。我国每年用在切削加工方面的费用约为320亿元人民币，每年创造的价值约为8000亿元人民币。切削加工数据是衡量切削技术水平高低的一个基本量值，对机床及CAD、CAM、CAPP等而言，是基础数据的提供者，已被中华人民共和国科学技术部科学数据共享工程技术标准（SDST 2122-2004）列入基础科学门类（代码F）中的先进制造科学亚门类（代码P）中，彰显出我国对切削加工技术及切削加工数据的重视。国际标准化组织（ISO

6、）也已制订了切削加工数据的计算机处理（ISO 13399/1-4）标准。目前，切削加工技术已发展到“高速、高效、智能、复合、环保”的新阶段，出现了高速切削加工技术，为制造业开发新产品、提高加工效率和加工质量、降低制造成本、缩短交货周期发挥了重要的作用，带动着整体切削加工水平的全面提高，并已成为数控加工技术的共性关键技术。1.1.2 高速切削的概念由于世界各国尚未统一对高速切削速度范围的认识，通常把切削速度比常规高出510倍以上的切削加工称为高速切削【5】。高速切削概念的提出源于1937年德国切削物理学家萨洛蒙(Carl.J.Salomon)博士的著名物理实验即其物理引申，即著名的“高速切削理论

7、”也就是同年申请德国专利的所罗门原理：被加工工件材料都有一个临界切削速度。此处切削温度最高切削速度达到临界速度之前，切削温度和刀具磨损随着切削速度的增大而增大，当切削速度达到普通速度的56倍时，切削刃口的温度开始随着切削速度的增大而降低，刀具磨损随切削速度增大而减小。同时认为，V0的值与工件材料的种类有关。其中包括高速软切削、高速硬切削、高速干切削、大进给切削等。采用高速切削可以取代电加工和磨削抛光的工序，大幅度减少电加工时间与钳工的打磨抛光量。相对于普通切削而言，采用高速切削技术可使单位时间内的材料切除率提高35倍甚至更高，同时加工成本可降低2050，加工精度和加工表面质量可提高12级。高速

8、切切削技术特征主要表现在如下几个方面：切削速度很高，通常是普通切削的510倍。机床主轴转速很高，一般在1000020000r/min以上。进给速度很高，通常达1550m/min，最高可达90m/min。对于不同的切削材料和所采用的刀具材料，高速切削的含义也是不尽相同。切削过程中，切削刃的通过频率接近于“机床刀具工件”的主导自然频率。但高速切削的技术又并不单只是主轴实现高转速就可以的，因此，高速切削加工是一个复杂的系统工程，由机床、刀具、工件、加工工艺、切削过程监控及切削机理等方面形成的【6-9】。1.1.3 国内外高速切削数控编程研究现状在发达国家，高速切削加工正成为切削加工的主流。50年来，

9、切削技术的极大进步说明了这一点：今天切削速度高达8000m/min【10】，材料切除率达1501500cm3/min，超硬刀具材料硬度达30008000HV，强度达1000Mpa，加工精度从10um到0.1um。干（准）切削日益广泛应用。随切削速度提高，切削力降低大致为2530以上；切削温度增加逐步缓慢；加工表面粗糙度降低12级；生产效率提高，生产成本降低11-13。高速切削技术不只是一项先进技术，它的发展和推广应用将带动整个制造业的进步和效益的提高。在国外，20世纪30年代德国Salomon博士提出高速切削理念以来，经半个世纪的探索和研究，随数控机床和刀具技术的进步，80年代末和90年代初开

10、始应用并快速发展到广泛应用于航空航天、汽车、模具制造业加工铝、镁合金、钢、铸铁及其合金、超级合金及碳纤维增强塑料等复合材料【14】，其中加工铸铁和铝合金最为普遍。高速切削技术在国内起步较晚，20世纪80年代中期开始研究陶瓷刀具高速切削淬硬钢并在生产中应用【15】，其后引起对高速切削加工的普遍关注。高速切削技术的发展经历了高速切削的理论探索阶段、应用探索阶段、初步应用阶段、较成熟阶段等四个阶段【16】。国外对高速切削技术非常重视，20世纪80年代以来各工业发达国家相继投入大量人力、财力，研究开发高速切削技术及理论和相关技术【17-19】，现在国外高速切削技术已经广泛地运用到各个行业。同时CAM也

11、得到迅速的发展，如德国艾克斯特公司HpyerMILL的CAM软件与英国DELCAM公司的Powermill软件模块；日本MAKINO公司的FFCUT软件(其FFCUT加工模块己集成到美国UGS公司的CAM软件中)；以色列的CIMATRON软件；美国PTC公司的Pro/ENGINEER软件等【20】。目前国内外广泛用于高速切削的刀具材料主要有：聚晶金刚石刀具(PCD)、聚晶立方氮化硼刀具（PCBN）、陶瓷刀具、TiC(N)基硬质合金、超细晶粒硬质合金、涂层刀具、粉末冶金高速钢刀具等。硬质合金刀具切削速度100200m/min，高速钢刀具在40m/min以内。 但在汽车、模具、航空和工程机械制造业

12、进口了一大批数控机床和加工中心，国内也生产了一批数控机床，随着高速切削的深入研究，这些行业有的已逐步应用高速切削加工技术，并取得很好的经济效益。1.2 本课题研究目的及意义高速铣削加工对数控编程系统的要求越来越高，价格昂贵的高速加工设备对软件提出了更高的安全性和有效性要求。高速切削有着比传统切削特殊的工艺要求，除了要有高速切削机床和高速切削刀具外，具有合适的CAM编程软件也是至关重要的。据统计，美国波音747飞机的设计制造，由于应用了CAD/CAM技术，使开发周期由原来的9-10年缩短为4-5年【21】。目前的CAM软件的主要功能包括数据输入输出、加工轨迹计算与编程、工艺参数设置、加工仿真、数

13、控程序后处理和数据管理等【22】。常用的CAM软件种类较多，其基本功能大同小异，并在此基础上发展出各自的特色。如：UG、Solid Edge、Pro/E、CATIA、SolidWork、Mastercam、SurfCAM、EdgeCAM、PowerMILL和HyperMILL等，而PowerMILL【23】和HyperMILL是目前新一代采用面向整体模型对象、面向工艺特征的基木处理方式自动化和智能化最高的CAM系统【24】。其中HyperMILL 是德国OPEN MIND公司开发的集成化NC编程CAM软件。hyperMILL向用户提供了完整的集成化CAD/CAM解决方案，具有方便的后置处理、丰

14、富的加工策略、逼真的渲染仿真等特点，它包含了众多的优化功能，在产品的生命周期中，提高了从初试设计到生产出合格产品整个过程的效率。在2D、3D以至5轴加工中，高效的新功能，大大地缩短了编程与加工的时间，保证了整个设计与制造流程的可靠性。其专业化及独有的高速加工策略成为高速铣削数控编程的首选【25-26】。这也是学习和研究HyperMILL高速切削数控编程策略的意义之所在。本次毕业设计的课题要求我们了解高速切削加工与数控编程的的关系，掌握hypermill的具体操作，通过对该软件的学习要完成高速切削加工数控编程与实例研究。在对一个工件进行三维建模、制图、数控加工的过程中进一步了解CAD/CAM设计

15、思路和设计理念。1.3 本课题的主要工作本课题主要研究HyperMill 软件高速切削数控编程的注意事项及其优点，HyperMill高速切削的数控编程策略优化和实例研究，了解HyperMill的先进的高速切削加工技术，并使用HyperMILL软件进行高速切削加工仿真，生成符合上述高速切削条件的刀具路径，并生成数控加工程序，尽力优化刀具路径。本次毕业设计我设计了三个比较典型的零件进行模拟加工，分别是保龄球瓶后模、箱体类零件和一个叶轮。保龄球瓶后模属于腔体类零件采用的加工策略有等高粗加工、等高精加工、形腔形成加工。加工方向可用轮廓平行，平面部分切入方式采用快速切入，曲线部分切入方式采用螺旋。箱体零

16、件采用粗加工，精加工，投影加工及清根加工等策略，在拐角处使用减速处理并平滑尖锐拐角，使刀具路径缓慢地变化以保证切削力稳定。叶轮零件在HyperMILL中有专门的加工模块，采用开粗，点加工和圆角及清根加工等策略。2Hypermill高速加工编程策略研究2.1 高速加工简介Whats high speed cutting高速切削加工是面向 21 世纪的一項高新技术，它以高效率、高精度和高表面品质为基本特征，在汽车工业、航空航太、模具制造和仪器仪表等行业中获得了愈来愈广泛的应用，并已取得了重大的技术经济效益，是當代先进制造技术的重要组成部分。高速切削是实现高效率制造的核心技术，工序的集约化和设备的通

17、用化使之具有很高的生产效率。可以說，高速切削加工是一种不增加设备数量而 大幅度提高加工效率所必不可少的技术。高速切削加工的优点主要在于： 提高生产效率、提高加工精度及降低切削阻力。2.2 HpyerMILL在铣削环节的应用hyper MILL提供了粗车,精车，切槽，车螺纹和钻孔等众多车削策略。在加工时下陷轮廓也被考虑在内。优化功能存在于每一个可用的策略之中。2D-加工：端面铣削，型腔加工，轮廓加工，残料加工，2D 钻孔以及5轴钻孔可以在典型的2D编程任务中使用。特别提出型腔加工和钻孔的一个亮点是支持现有的人工智能和支持控制器中的循环。得益于特征识别和处理，型腔和钻孔也可以高效地进行编程。孔可以

18、被定义成为任何一种形式，如螺纹加工、点钻或深孔钻等。3D-加工：3D策略可以高效地完成简单或复杂的零件加工工作，这包括任意毛坯粗加工、偏置粗加工、等高粗加工、投影精加工、等高精加工、再加工和清角加工以及其他一些特殊策略，如完全精加工或3D等距精加工。优化功能可严格满足加工任务的要求。干涉检查及避让功能保证了程序的可靠性和编程的简易性。5X-加工：5X策略可以完成一些在三轴情况下无法加工的操作，尤其在加工复杂工件时可以减少装夹次数，从而大大提高加工效率。它包括5X型腔、5X曲面、5X弯管加工循环、5X叶片循环和叶轮加工循环。因此在加工叶轮时具有强大的功能，能建立叶轮的特征工单。2.3 在开粗加工

19、中的应用2.3.1路径平滑化其中清层路径应用于刀具路径在靠近图形轮廓角落时，为防止刀具弹刀等问题，在刀路上添加的圆角。进刀路径圆角化半径应用于轮廓环绕加工时，加工刀路轮廓与轮廓之间的圆滑连接，如图2.1所示。图2.1 路径平滑化2.3.2 满刀切削状态在加工中不可避免会出现全刀宽切削的情况，如过没有保护措施，在高速运行中容易对刀具造成极大的伤害，严重会造成断刀，烧刀，等等，同时也加大操机人员操机的工作难度，如图2.2所示。当打开满刀切削状况时的执行降低进给率，系统自动会在满刀的情况下，将刀路的进给率自动调低调到Z 轴下刀进给率的速率，从而有效保护在高速加工中的昂贵的刀具载荷过大，造成不必要的损

20、失。图2.2 满刀切削状态2.3.3 进退刀设置及下刀位置在切入工作时采用垂直、切线、圆弧、斜向等进刀模式，其中切线、圆弧、斜向等策略避免刀具直接踩入加工工件，圆弧进刀有利于高速加工。进退刀的进给率采用参数控制速率 Z 轴下刀可选择垂直、斜向、及在高速加工中广泛应用的螺旋下刀，右边可设置下刀的角度及螺旋半径，各项设置见图2.3所示。 图2.3 进退刀设置及下刀位置2.4 HyperMILL在二次开粗重的应用(1)路径平滑化；(2)满刀切削状态；(3)进退刀及下刀设置。上述三项设置分别如图2.4所示。图2.4 二次开粗参数设置2.5 投影加工进给模式设定如图2.5所示。图2.5 投影加工进给模式

21、设定当给定投影加工的平滑模式时，投影加工刀路之间的转角就全部圆角化，如图2.6所示。图3.6 投影加工刀路圆角化进退刀设置如图2.7所示。图2.7投影加工进退刀设置当选定进退刀的参数时，刀具路径转角垂直圆弧化，变成球杆式进退刀，如图2.8所示。图2.8球杆式进退刀示意2.6 等高加工2.6.1清层程式生成两种不同形式的螺旋等高刀路，有利于高速加工。2.6.2 進給模式設定进给模式设定，生成等高的回环进退刀设置形式，不用提刀，节约时间。2.6.3 路径平滑化路径平滑化。在靠近工件的死角添加圆弧，避免突然性的刀具载荷增大，保护刀具。2.7 等高等距加工进给设定图2.9 等高距加工进给设定在部分等高

22、加工中添加圆滑进刀。2.8 UV沿面加工进给模式设定 进给模式设定在uv沿面加工刀路的转角处自动添加圆弧。2.9 清角加工2.9.1倾面加工图2.10 清角加工刀轨有四种方式供加工时选择，将曲面划分成陡峭区域与平坦区域俩进行加工2.9.2 设定切削模式路径平滑化与进退刀设置同开粗中的设置一样3 基于HyperMILL的零件高速切削加工实例研究零件高速切削数控编程应该遵守一定的工艺流程，否则极容易出现错误。首先需要分析图纸，了解所设计零件的特征，并对待加工零件进行工艺分析，确定加工方法，考虑加工细节，尽量减少加工的错误率，确保零件以最佳的路径进行加工。通过学习研究，我总结了使用HyperMILL

23、对零件进行高速模拟切削的一般步骤如下：1)导入加工零件，新建工单类表2)编辑坐标，设定加工原点3)刀具路径档案的设定4)刀具路径档案的输出方式5)创建毛坯；6)新建工单，建立加工方法7)建立刀具清单8)计算工法9)刀具路径的产生10)清除道具路径11)动态刀具模拟12)产生NC档案13)后处理按照上面的一般步骤操作，就能的完成一些简单零件的加工，对于一些复杂零件，及其需要进行高速加工的零件还要考虑到刀具的设置、加工参数的设置等，下面通过实例来研究一下HyperMILL具体的加工方法3.1 零件建模高速切削加工策略的研究，我们通过三个典型的零件实例来完成模拟加工，在此，我应用Solidworks

24、软件进行了三个零件的建模，他们的结构特征如图3.1，3.2及3.3所示。图3.1为保龄球瓶后模，属于腔体类零件，保龄球瓶后模的编程比较简单，尺寸要求不高，但表面光洁度要求较高，采用的加工策略有等高粗加工、等高精加工和型腔形成加工等，进刀方式可选螺旋方式和斜线方式。拐角处减速处理并以圆弧方式过渡。其加工策略中也有按斜率加工的方式，比如按斜率60加工，是指在坡度60度以上时，按设定值减缓加工速率，以保证其加工精度。图3.2为一典型箱体零件，采用粗加工，精加工，投影加工及清根加工等策略，在拐角处使用减速处理并平滑尖锐拐角，使刀具路径缓慢地变化以保证切削力稳定。图3.3叶轮零件，它是一个五轴加工的典型

25、零件，其主要特点是结构复杂，曲面多，精度要求高，刀具易碰撞，加工困难。在HyperMILL中有专门的叶轮加工模块，采用开粗，点加工和圆角及清根加工等策略。针对不同的零件其不同特点，采用不同的加工策略，可以提高加工效率及精度。图3.1保龄球瓶后模图3.2箱体零件图3.3 叶轮3.2 基于HyperMILL的一个型腔类零件的加工3.2.1 编程前的工艺分析（1）模型大小：255mm * 115mm * 70mm（2）装夹设备：平口钳（3）最大加工深度：41mm 根据保龄球后模的大小和形状制定加工程序单程 序 单加工区域刀具名称刀具直径加工策略加工方法全部区域球头刀16mm等高粗加工粗加工陡峭区域球

26、头刀10mm等高精加工半精加工所有曲面球头刀3mm形腔形成精加工两小孔球头刀6mm等高精加工半精加工两小孔球头刀3mm形腔形成精加工3.2.2 导入加工零件进入HyperMILL，载入之前设计好的零件，由于我的三维零件图是使用SolidWorks画的，要导入HyperMILL中必须存为通用格式，即igs格式。如图3.4所示。保龄球瓶后模的编程比较简单，尺寸要求不高，但表面光洁度要求较高。它属于形腔类零件，所以在零件精加工时可以选择形腔形成加工策略。型腔铣必须有一个或一个以上的切削范围，在加工时可以根据零件特征设定不同的切削层厚度。一般在开粗时，切削厚度要比精加工时大，这样才能保证提高加工效率同

27、时精加工后得到较好的表面质量。理论上，每一切削范围内的切削层厚度应这样确定：被加工工件表面越陡峭，切削层厚度就越大（当然还必须考虑切削条件的限制）；反之，被加工工件表面越平缓，切削层厚度就越小。然而，实际上，在使用高速机床加工时，经常设置所有的切削厚度相等，且厚度值较小。例如，使用直径16mm的刀具，所有切削层厚度一般设为0.3mm左右。图3.4 载入工件3.2.3 建立工作清单及设定图3.5 建立工作清单如图3.5所示，新建工单类表，工单类表名称必须与导入零件名称相同，设置POF档案。定义坐标系，通过移动旋转设置坐标原点，如图3.6所示。定义毛坯及零件，根据模具特征选择包容几何模式，点击计算

28、，软件将自动生成毛坯，如图3.7所示图3.6定义坐标系图3.7定义毛坯3.2.4 3D等高粗加工新建工单，对工件进行3D等高粗加工，为此加工工单新建一把直径为16mm的球头刀，其设置如图3.8。3.8 刀具定义按照提示对工单进行参数设定，其加工策略如图3.9所示。参数设置，如图3.10所示。图3.9等高粗加工加工策略图3.10等高粗加工参数设置同时完成其边界及设置的设定，如图4.11然后保存，在进行计算，以检查工步是否正确，并得到3D等高粗加工的刀具路径，如图4.12所示。图3.11 边界设定图3.12等高粗加工刀具路径3.2.5 3D等高精加工新建工单，对工件进行3D等高精加工，新建一把直径

29、为16mm的球头刀，其设置如图3.13。图3.13 刀具定义其加工策略如图3.14所示。参数设置，如图3.15所示。图3.14 等高精加工加工策略图3.15 等高精加工参数设置保存计算，生成刀具路径，如图3.16图3.16 等高精加工刀具路径3.2.6 3D型腔形成铣粗加工完成后，再进行3D型腔成型铣，对工件毛坯余量进行加工。这时应选择直径较小的刀具进行加工。新建一个3D型腔形成的工单，新建一把直径3mm的球头刀，其设置如图3.17所示。图3.17 3D型腔形成刀具选择其参数设置如图3.18所示。其他参数同粗加工一致。3.18 3D型腔形成参数设置保存3D型腔形成的工单设置，并进行运算，得到其

30、刀具路径，如图3.19所示。图3.19 3D型腔形成刀具路径把工单2的等高精加工和工单3的形腔形成加工复制后粘贴，沿用该两工单的加工策略并分别新建刀具对模具上的两个小孔进行加工，如此可以省去很多多余的工作量，有效地提高编程效率。至此，工件工步设定完毕，在工单下来菜单刀具栏中启动内部模拟，对工件进行加工模拟，如图3.20所示。至此，工件加工完毕。图3.20工件内部模拟加工3.3 小结在此选择保龄球瓶后模进行第一个实例研究，是由于保龄球瓶后模的建模和编程都比较简单，通过对该模具的编程仿真，可以对HyperMILL编程思路有总体的认识，并可掌握一定的加工工艺知识和一些普通的曲面加工。此外，对于一个初

31、学者来说，从简单入手，可以使我们更容易掌握软件的基本功能、加工策略。有助于后面我们对复杂的零件进行3D甚至5X加工。3.4基于HyperMILL的箱体零件的加工 导入设计好的三维零件图，如图3.21所示，该箱体零件由突出曲面和凹槽组成，表面还有数个半径不等的孔洞。加工起来具有一定的复杂性，必须合理分部进行加工。其中包括形腔铣、中心钻、点钻、2D轮廓铣、偏置粗加工、投影精加工等。下面具体介绍一下我的加工过程。新建一个工单类表，命名并选取它的POF档案。同时定义工单中的坐标，毛坯等内容，如图3.22图3.21 工件特征图3.22 毛坯定义3.4.1 型腔铣新建一个型腔铣工单，用来加工直角凹槽，凹槽

32、的深度为4mm.新增一把立铣刀，刀距直径6，刀具长度50，切刃才长度10, 刀具的技术参数如图3.23所示。图3.23 技术参数设定加工策略：加工模式选择2D，加工路径方向选择顺铣，如图3.24所示图3.24 加工策略设置参数的设定：垂直步距设为1，由于是一次开粗，所以毛坯Z余量设为0.1，根据坐标设置和零件特征设置安全平面为55，如图3.25所示图3.25 参数的设定将工单中的轮廓定义完之后，计算这个加工工单，得到第一次型腔铣的刀具路径，如图3.26所示。图3.26 型腔铣的刀具路径计算3.4.2 中心钻新建一个中心钻工单，新增一把直径为12mm的钻头，对凹槽上的三个孔进行加工。定义工单加工

33、的轮廓和参数如图3.27和图3.28。图3.27 轮廓选择图3.28 中心钻参数设置把上面的中心钻工单复制后粘贴，沿用相同的工法，新增一把直径为5mm的钻头，加工箱体工件上的另一个孔，如图4.29图3.29 加工直径为5mm的孔3.4.3 点钻新增一把直径为3的钻头，钻削策略选择2D钻孔，轮廓选择方式用点方式，点取要加工的小孔，如图3.30所示，参数设置如图3.31图3.30 点钻轮廓设置图3.31 点钻参数设置设置的定义如图3.32所示图3.32 设置定义3.4.4 2D轮廓铣新增一把直径为8mm的立铣刀，刀具工艺如图3.33，工单的参数和宏定义分别如图3.34和图3.35图3.33 立铣刀

34、刀具定义图3.34 2D轮廓铣的参数设置图3.35 2D轮廓铣的宏设置沿用上面的2D轮廓铣工法，新增一把直径为3mm圆鼻铣刀，对凸曲面上的三个条形槽进行加工，轮廓选择如图3.36所示图3.36 2D轮廓铣轮廓选择3.4.5 3D偏置粗加工新建工单，对箱体零件表面进行二次开粗加工。在工单下新增一把直径为10mm的立铣刀，刀具定义如图3.37图3.37 刀具定义策略设置：加工优先顺序为型腔，平面模式选择连续切入，切削模式选顺铣如图3.38图3.38 3D偏置粗加工策略设置参数和宏设置如图3.39和图3.40 ，毛坯余量为0.5，进刀和退刀宏程序都选择圆，切入宏程序选择螺旋方式图3.39 参数设置图

35、3.40 宏设置工单设置完毕后，计算得到刀具路径，如图3.41图3.41 刀具路径生成3.4.6 投影精加工加工此箱体零件，我们选择用投影加工来对工件进行精加工。为此，新建一投影精加工工单，新增一直径为6mm的球头刀，刀具定义如图3.42。图3.42 刀具定义分别设置工单的策略1、策略2，投影精加工横向进给策略使用X轴，进给方式选择直接双向，切削类型为向上+向下，按斜率模式加工，角度从0度到40度，如图3.43和图3.44。图3.43 策略图3.44 策略2由于是精加工，毛坯余量设为0，选择一定的安全平面，防止走刀事发生干涉，参数设置如图3.45，边界和宏设置分别如图3.46、图3.47图3.

36、45 参数设置图3.46 边界设置图3.47 宏设置计算产生刀路,刀路图如图3.48所示图3.48 投影精加工刀路至此，零件加工完成。3.5 小结上节中所设计的箱体零件加工起来比较复杂，加工策略包括型腔铣、中心钻、点钻、轮廓铣、偏置粗加工和投影加工。通过此实例的研究，我们进一步了解了HyperMILL软件的3D加工策略和钻孔策略，一般在粗加工时为了节省时间，在加工允许的情况下，垂直步距可以适当选择大点，在精加工时，为了保证加工表面质量，选择大的转速和较小的垂直步距。在对大坡度表面进行轮廓精加工时，效果通常都不尽人意，为了节省时间，在加工时，可以根据其坡度通过可选的斜坡模式指定一个最大表面坡度角

37、，以便在加工过程中先避开这些陡峭的表面。3.6 基于HyperMILL的叶轮加工叶轮是一类典型的自由曲面零件，如果采用传统的CAM加工策略，需要反复测试不同的加工方位，如此需要耗费大量的时间进行调整，传统的加工方法既费时又难以保证精度。而hyperMILL提供了专业的叶轮加工模组，能够很好地解决这一问题。使用传统的CAM加工策略加工叶轮，是一个非常复杂的工程。hyperMILL针对开式及闭式叶轮的加工均提供了专业的加工模组，能够帮助用户轻松完成这一任务。即使是加工经验不丰富的用户，也可以在较短时间内经过简单设置编制出利用常规编程策略较难完成的零件NC程序。此专业化模块通用于各种领域的叶轮运用。

38、下面将用一个实例介绍hyperMILL的开式叶轮加工模块。3.6.1载入工件图3.49 开式叶轮结构进入HyperMILL，载入工件。由图3.49可以看出这个开式叶轮在结构上主要包括主叶片和流道面等几个关键部分，从整体叶轮的几何结构可以看出，加工整体叶轮的过程中，叶片的曲面相对复杂，相邻的叶片之间空间较小加工时极易产生碰撞干涉，自动生成无干涉加工轨迹比较困难。因此，在加工叶轮的过程中不仅要保证叶片表面的加工轨迹，还要满足叶轮几何准确性的要求。3.6.2 建立工作清单打开HyperMILL浏览器，点击右键新建一个工单类表，根据提示，设置工件坐标系，如图3.50所示。图3.50 加工坐标定义然后定

39、义工件毛坯，如图3.51所示。图3.51 定义叶轮的毛坯3.6.3 特征处理点击浏览器中的特征一栏，在空白处右击，新建一个叶轮特征，如图3.52所示。结合叶轮结构特征，填写叶轮特征中的叶片组数，选择主叶片的面、副叶片面、流道面和裁剪曲面，完成叶轮的特征设置，通过特征设置可以方面后面直接新建叶轮特征工单。图3.52 新建叶轮特征3.6.4 叶轮的开粗加工定义好特征以后，我们可以直接将这个特征应用到五轴叶轮加工的策略里。用右键点击定义好的叶轮特征，在下拉菜单新建带有特征的工单，五轴加工中的5X 叶轮粗加工，对叶轮进行开粗加工。如图3.53所示。图3.53 叶轮粗加工新建工单如图3.54图3.54新

40、建带特征的5X 叶轮粗加工工单新建一把直径4mm球头刀，如图3.55所示。其工艺参数如图3.56所示。并按常规定义的刀柄。图3.55 刀具几何图形设置图3.56 刀具工艺设置采用流道等距加工，它的加工策略如图3.57所示。图3.57 加工策略其工单参数设置如图3.58所示。图3.58 加工参数在工单设置中的5轴设置中，倾斜策略采用5轴联动，避让策略用围绕Z轴，向下引导角用5度，向上引导角用-5度，如图3.59所示。图3.59 5轴设置它的进退刀设置如图3.60所示。图3.60 进退到设置在其设置选项中，一般开粗用加工公差为0.05mm如图3.61所示。图3.61工单设置的定义由于是带着特征的工

41、单，其特征已经存在，如图3.62所示。图3.62特征设置至此，5轴叶轮粗加工的工单设置完毕，点击运算按钮，进行计算，得到刀具路径，如图3.63所示。图3.63叶轮开粗加工的刀具轨迹3.6.5 叶片的精加工对叶片的精加工采用叶轮点加工方式。叶轮点加工是对叶片曲面用刀具点接触法，以连续的、螺旋形的圆周动作进行加工。在这个工法中提供了多样化的加工模式和进给策略以适应不同的任务情况，如为减少相邻叶片震动的型腔模式。由于参数设定较多，可以先复制5轴叶轮粗加工的工单，再将它替换为叶轮的点加工，这样有的参数我们就可以直接套用，不用再重新设置，以节约时间。刀具使用一样的，不用再改变。工单中策略中进刀位置，采用

42、导出侧，如图3.64所示。图3.64 叶轮点加工策略设置在点加工工单的参数一栏中，其进给量用残留高度设置为0.002，流道余量为0.05，叶片余量为0。顶部限制用ISO参数，量为1。具体设置如图3.65所示。精加工中，加工误差可达到0.005。如图3.66所示。图3.65 点加工策略设置图3.66 点加工设置定义其余的参数不变，设置完成后，先将粗加工的刀具路径隐藏，在运算叶片精加工工单，得到刀具路径，如图3.67所示。图3.67叶轮精加工刀具路径3.6.6 流道精加工叶轮流道精加工工法主要用来对叶轮的流道面进行精加工操作。工法中多样化的精加工策略，可以为任务提供不同的优化轨迹分布和刀具倾角计算

43、的方法。同样复制叶轮点加工的工单，再用叶轮流道精加工工单替换。同样的，刀具不用再变，在工单的策略设置中，其设置如图3.68所示。图3.68流道精加工策略设置在工单的参数设置中，一般的产品进给量的最大残留高度到0.05就可以了。流道余量为0，叶片余量为0.05。具体设置如图3.69所示。图3.69流道精加工参数设置工单中5轴的设置如图3.70所示。图3.70流道精加工5轴设置到此，叶轮流道精加工工单设置完成，保存设置，进行计算，得到如图3.71所示的刀具路径。图3.71叶轮流道精加工刀具路径3.6.7 叶轮圆角加工由叶轮的结构可以看出，叶片的根部有圆角的存在，需要对它进行圆角加工。该策略用于加工

44、叶片和流道面间的圆角。圆角加工用于产生可变的圆角或除去剩下的残余材料，可以在叶片和流道面的加工中可以选择更有效的刀具。新建一个5X 叶轮圆角加工的工单，新建一把直径2mm的球头刀，其具体设置如图3.72所示。图3.72圆角加工刀具设置其参数设定如图3.73所示。图3.73圆角加工参数设置完成后进行运算，得到如图3.74的刀具路径。图3.74叶轮圆角加工刀具路径到此，所有的刀具路径已经完成，需要对他们进行编辑，右击总工单，点击刀具刀具轨迹编辑。产生如图3.75界面。图3.75刀具编辑界面依次点击4个工步中的一个FunctionsRotate,旋转镜像复制其他5组刀具路径，如图3.76所示。图4.

45、76旋转复制将所有工单的路径旋转复制，最终得到完整的道路轨迹，如图3.77所示。图3.77工件完整的刀具路径4总结数控技术是机械加工现代化和军事工业发展的重要基础与关键技术。应用数控加工可大大提高生产率、稳定加工质量、缩短加工周期、增加生产柔性、实现对各种复杂精密零件的自动化加工，易于在工厂或车间实行计算机管理，使车间设备总数减少、节省人力、改善劳动条件，有利于加快产品的开发和更新换代，提高企业对市场的适应能力并提高企业综合经济效益。高速铣削加工对数控编程系统的要求越来越高，价格昂贵的高速加工设备对软件提出了更高的安全性和有效性要求。高速切削有着比传统切削特殊的工艺要求，除了要有高速切削机床和

46、高速切削刀具外，具有合适的CAM编程软件也是至关重要的。数控加工的数控指令包含了所有的工艺过程，一个优秀的高速加工CAM编程系统应具有很高的计算速度、较强的插补功能、全程自动过切检查及处理能力、自动刀柄与夹具干涉检查、进给率优化处理功能、待加工轨迹监控功能、刀具轨迹编辑优化功能和加工残余分析功能等。HyperMILL提供了一个基于过程的产品设计环境，使产品开发从设计到加工真正实现了数据的无缝集成，从而极大的促进了设计和生产向自动化和高效化方向发展，提升了企业在国际市场上的竞争力。通过学习使用HyperMILL，我对高速的切削加工有了更深的了解，提升了我的实际工作能力，也使我对数控编程的研究产生

47、了浓厚的兴趣，对我以后的工作和学习将有很大帮助。日益增多的复杂形状零件和高精、高效、高速的加工对数控编程技术提出了越来越高的要求，面向复杂形状零件、多轴加工和加工过程优化的数控编程技术越来越重要，虽然HyperMILL软件目前在中国还不是十分普及，但我相信HyperMILL将在未来的数控加工方面有着不可限量的作为。通过对几个实例的研究，发现几点问题：(1) 在定义坐标时一般把工件长边放置在X轴上，短边放置在Y轴上，这是由于机床的X方向行程大，Y方向行程小。(2) 高速加工时，刀具的转速很快，应选择合适的刀具，刀具加工过程中保持固定的载荷，避免刀具过载，减少刀具的寿命和机床主轴的寿命，甚至发生断

48、刀的现象，造成人身安全事故。(3) 加工区域定义时，顶部设为0，底部设为最大加工深度，这样在加工时不会在毛坯表面产生多余的加工刀路，能提高加工效率。(4) 必须合理设置安全平面，防止走刀过程中发生撞刀(5) 合理的安排加工工序，尽量减少加工工步，减少空程移动，使切削时间减到最少，从而降低加工成本。由于时间有限，对课题的研究还有一定的局限性，在今后的课题研究中，还需要进一步的补充和完善。使高速切削加工编程策略做的更完善，从而真正意义的提高效率，降低加工成本和风险。参 考 文 献1王爱玲 . 机床数控技术 . 高等教育出版社2力学学科组 . 普通中等专业教育机电类规划教材 . 机械工业出版社 .

49、1999-6-14 . 3刘战强，武文革，万熠 . 高速切削数据库与数控编程技术 . 国防工业出版社4KomanduriR.,Desai JD., Tool Materials for Machining.Aug,19825武文革，辛志杰 . 金属切削原理及刀具 . 国防工业出版社 . 2009年 . 第十章：1686周忆超高速铣削加工技术研究.博士学位论文2004年2月7陆海钰高速及超高速切削加工技术的发展与应用机械制造，1998 (5): 688Kahles J FHigh Speed MachiningAnnais of the CIRP，1987，27(2) ：5515609Schul

50、z H ,etc High Speed MachiningAnnais of the CIRP，1992，41(2) ：63764310艾兴 . 高速切削加工技术的现状和发展 . 技术文章 . 2003年11邓建军 赵军 . 数控刀具材料选用手册 . 机械工业出版社12乐兑谦 . 金属切削刀具 . 机械工业出版社 . 第二版， 2001年13陈日曜 . 金属切削原理 . 机械工业出版社14威海职业学院 . 高速切削技术的探讨 . 现代制造技术与装备 . 2008年04期15姜军生,王宝友,黄传真 . 陶瓷刀具材料的现状与发展 . 山东陶瓷 2000年01期16Smith S Tlusty J.

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53、杜虹，刘向东等叶轮造型与加工支撑软件的选择及技术特性机械技术与机床，2008年，第1期： 878325陈章伟 . hyperMILL V2009新版本 . CAD/CAM与制造业信息化 . 2009年12期26沁云 . HyperMILL自动编程 . 计算机辅助设计与制造 , CAD/CAM, 2000年 03期27郭新贵，汪德才等高速切削技术及其在模具工业中的应用现代制造工程，2001 (9):293228Madni A M，Vuong J B，Lopez MetalA smart linear actuator for fuel management systemC World Autom

54、ation Congress，Proceedings of the 5 Biannual，2002，14： 615624致谢感谢武文革教授对我的严格要求和细心指导，从我选定这个课题以来，武老师在各方面都给予了我一定的帮助。从查找资料到确立思路到安装软件，到实例研究，武老师都不厌其烦的给予耐心的指导。导师渊博的学识，致知与行，实事求是的治学态度和高尚的人格魅力一直深深地影响着我，诚恳，谦虚，平易近人的品格让我受益匪浅，在此我由衷地感谢我的导师。感谢在这次设计中帮助过我的所有人，我的同学，我的朋友们，谢谢他们对我的帮助与关怀。感谢我生活过四年的母校。母校给予我求真，务实，艰苦，朴素的生活作风，让我懂得了如何做一个脚踏实地，勤勤恳恳，对社会有所作为的人，让我勇敢的面对遇到的