后侧围本体是某公司某新车型里除仪表板以外最大的内饰件（塑料制品），此件型面复杂，安装卡扣多，焊接孔多，型面高差大，型面高差大于150mm。 英国Delcam公司的PowerShape（造型包）、PowerMill（加工包）是面向工模具制造的专业软件，易学易用，全中文界面具有良好的数据交换接口，除支持工业界的标准格式（包括IGES、后侧围本体某公司某新车型里除仪表板以外最大的内饰件（塑料制品），此件型面复杂，安装卡扣多，焊接孔多，型面高差大，型面高差大于150mm。
英Delcam公司的PowerShape（造型包）、PowerMill（加工包）是面向工模具制造的专业软件，易学易用，全中文界面具有良好的数据交换接口，除支持工业界的标准格式（包括IGES、STEP、VDA、DWG、DXF、STL、PARASOLID等）外，还可直读UG、PRO/E的PRT文件，CATIA的MODEL文件及I-DEAS、CAADS4-5、SOLIDEDGE、SOLIDWORKS等软件的原始文件。后侧围本体原始数据为CatiaV5R9的prt格式。我们通过CatiaV5R9将其换名存为MODEL文件格式。样在PowerShape里将其直接读入，避免了因通过第三方数据格式转换而造成数据丢失。
在PowerShape里根据模具设计意图，建立用户坐标系，采用实体和曲面混合造型将分型面。外侧精定位面和斜抽芯面及顶杆孔位全部做出。将动模定模顶杆孔斜抽镶块等分置于不同的层以方便检查和校核尺寸。并在此作出动定模对刀基准。动模如图1、2所示。
因动模模芯四周为6°精锁面，且模芯顶面距动模模框顶面高差为200mm，模架为我公司在模架厂订购的标准模架，模芯四角已作出R32。为了最大限度的避免跳刀和空刀，特考虑在PowerShape里将模芯外形边界做出，导入PowerMill里，生成边界。在定义加工毛坯时以边界定义。这样在粗加工时刀具将不会加工外侧6°精锁面及四角R32。
粗加工策略：￠80刀尖圆角R6牛鼻刀，切深1mm，转速1500r/min，进给速度1800mm/min，行距68mm，因型面高差大，故采用顺铣，留量0.5mm。下刀方式为螺旋下刀，加工方式为偏置，在刀具进给转弯时采用赛车道转弯方式，这样可避免满刀切削，这实际支持高速铣削。软件仿真加工时间为32.5小时，实际加工时间因刀片转位和清扫铁屑等，共用时38小时。
在￠80刀尖圆角R6牛鼻刀加工后，7处斜抽杆位置(A-G)图3和3处成型镶块(I-K)图4及中间凹槽处并未铣出，如直接进行半精加工，余量非常大，且也很容易损坏刀具。故进行一个残余量加工程序，采用￠25刀尖圆角R5牛鼻刀，切深1mm，转速2200r/min，进给速度2200mm/min，行距15mm，留量0.5mm。这样可去除绝大部分￠80刀尖圆角R6牛鼻刀未加工到的部位。
同样的再采用￠16刀尖圆角R0.8牛鼻刀做残余量加工程序，切深0.3mm，转速3800r/min，进给速度3600mm/min，行距10mm，留量0.5mm。这样可使加工余量更均匀。
以上两个残余量加工程序软件仿真加工时间为25小时，实际加工时间为32小时。
半精加工策略：因粗加工和残余量加工程序已经将毛坯去除绝大部分加工量，但是因位留量0.5mm，在某些部分会有台阶面存在，所以采用￠20刀尖圆角R0.8牛鼻刀做等高半精加工，以消除台阶和减小台阶高度。加工数为：切深0.25mm，转速3500r/min，进给速度3500mm/min，行距12mm，留量0.25mm。在7处斜抽杆位置（图3）和3处成型镶块（图4）及中间凹槽处程序会自动计算为型腔加工，及先把此腔加工完后再加工别处。这样既减少了跳刀又减少了空刀行程。软件仿真加工时间为11小时，实际加工时间为14小时。
精加工策略：因半精加工后余量均匀且加工面积大（1180×860），故采用￠20镜面刀做精加工，分别加工分型面和型腔面。在PowerMill里需要加工哪块面时，不需要做干涉面，只需要选中要加工的面，软件会根据已选曲面和要使用的刀具，自动计算出加工边界而不会过切。为了使边界线规整和减少数据量也可在PowerShape里将分型面和型腔面的边界分别作出，导入PowerMill里生成分型面边界和型腔面边界，来约束加工范围。本例采用后一种方式。加工参数为：切深0.25mm，转速4000r/min，进给速度3200mm/min，行距0.5mm，留量0mm（分型面）。切深0.25mm，转速4000r/min，进给速度3200mm/min，行距0.58mm，留量0.02mm（型腔面）。加工方式为最佳等高。在PowerMill里最佳等高的意思是：浅滩处加工方式为三维偏置，峭壁处加工方式为等高。浅滩和峭壁的分界角为软件里自动设置的，使用者不可更改。因7处斜抽杆位置（图3）和3处成型镶块（图4）后续加工为电加工，在此不用精加工，通过在PowerShape里将其边界做出，导入PowerMill里。对型腔面程序进行编辑，用边界裁减，保留边界外的程序而毋需重新计算。软件仿真加工时间为16小时，实际加工时间为18小时。
最后再用￠12球刀和￠12刀尖圆角R0.8牛鼻刀做清角加工，清角采用多笔方式。这样每一刀的量都不会太大。实际加工时间约10小时。所有精加工程序走完后，型腔面表面粗糙度达Ra1.6。
待所有加工程序执行完后，重新定义毛坯，以模型定义毛坯，选择所有6°精锁面，用 ￠52刀尖圆角R6牛鼻刀定义出加工边界，做等高精加工程序，用边界约束加工范围。软件仿真加工时间为13小时，实际所有加工程序均加工时间为14小时。
本例所有加工程序均在计算机上进行了仿真加工和过切检查，仿真表明：所有程序均不过切，实际加工也无过切现象发生。
以上所有加工程序均采用顺铣方式。程序编制在PowerMill4.1里进行，加工过程在DM-100龙门数控铣上实现。
在PowerShape和PowerMill里均能很方便的生成电极，对每一个电极软件均可生成3张图：a）NC加工图；b）电极形状和电加工工艺图；c）电极在型腔上的位置和电打深度图。
本例多数电极均用此方法产生。
同其它CAM软件相比，DELCAM功能强大，操作界面良好，编程过程简单明了，易学易用。特别是残余量加工、清角加工和全程抗过切能力强大。笔者用此软件编制数套模具的加工程序而无一次发生过切。
一、前言
高速加工切削系统主要由高速切削的高速加工中心、高性能的刀具夹持系统、高速切削刀具、安全可靠的高速切削CAM软件系统，因此说高速加工是一项庞大的工程。
高速加工设备的大量应用，对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的更高的要求--安全性、有效性。高速加工走刀速度是常规加工的10倍或更高，任何编程过程的失误如过切、干扰、碰撞等都会造成非常严重的事故，而且由于高速运动，无法靠人工急停来预防，高速加工设备是非常贵重的设备，任何意外事故都会给企业造成不可估量的损失，需要CAM系统必须具备全自动的（而不能是半自动或人工的）防过切，防碰撞功能，确保NC指令的绝对安全性，是对高速加工设备提出的一个基本要求。另外要保证刀具路径的光滑平稳，来确保零件加工质量和机床主轴等部件的寿命，以及刀具在切削过程中载荷均匀性。
二、高速加工的加工方式
POWERMILL是基于知识、基于工艺特征的、有多种独有加工方式、全程防过切、适用于高速加工的一款智能化CAM系统。本文从高速加工所要求的各项条件及POWERMILL适合高速加工的功能、安全防护措施来展开讨论。高速加工一般可分为：以去除余量为目的的粗加工、残留粗加工及以获取高质量的加工表面及细微结构为目的的半精加工，精加工、镜面加工等。
1、粗加工
高速加工的粗加工所应采取的工艺方案是：高切削速度、高进给率和小切削量的组合，POWERMILL的粗加工（区域清除）尽可能地保持刀具负荷的稳定，减少任何切削方向的突然变化，从而减少切削速度的降低，并且尽量采取顺铣的加工方式。
图1
POWERMILL粗加工中的赛车线加工方式，是本人综观多种加工软件中所独有的一种极为适合高速加工原理的加工方式，其基本原理（如图1）：把刀具路径看成赛车在跑道内高速行驶，赛车可以偏离跑道的中心，从而产生类似于赛车在跑道内的运动路径，赛车可以在不失速率的情况下来转弯。增加了刀路运动的光滑性、平衡性，避免刀路突然转向，频繁的切入切出所造成的冲击。图2是用POWERMILL的赛车线粗加工方式产生的单层刀具路径。
图2
残留粗加工也是只有部分CAM所拥有的一个高级加工功能，POWERMILL能自动识别上一刀的残留量，对零件进一步进行残留粗加工及对上次粗切的优化功能。上刀粗切中，由于零件存在非平面区域，那么就会留有台阶，使残留余量不尽均匀，系统可以判别然后在层间切削，尽可能使余量保持均匀，进而生成优化的粗加工刀具路径，让你得到的是没有空走刀的刀具路径，深色路径为残留粗加工刀具路径。
图3
POWERMILL粗加工中另外一个特有加工功能，自动摆线加工选项，摆线加工（图4）是利用刀具沿一滚动的圆的运动来逐次、逐层对零件表面进行高速、高效、小切量的切削，以前对高速加工的要求是，必须保证使用比传统加工方法小的行距和下切步距。最新切削刀具技术和CAM技术的发展，使得下切步距大小不再受到限制，采用摆线加工方式可可在高速加工中采取大下切步距，摆线加工还能减少全刀宽切削，并且其产生的刀具路径始终是光滑、平稳的，POWERMILL的智能余量识别功能，能在大加工量、全刀宽、拐角等区域自动判定，自动采用摆线加工方式。从而使摆线加工方式在大余量的粗加工中得以应用。图5是用粗加工中摆线加工选项生成的刀具路径。
图4
图5
Powermill粗加工中的区域过滤选项也是仅部分CAM软件所拥有的高级加工功能，亦即对于不具备中心切削能力的刀具，基于知识、基于工艺特征的POWERMILL系统会自动过滤掉刀具盲区干涉的区域的粗加工路径，而避免事故的发生。另外Powermill粗加工的连接方式：螺旋下刀、之字形下刀、沿轮廓斜向下刀都非常适合高速加工的加工要求，编程时可以选用，尽可能避免直接下刀。另外粗加工中，必须使用偏置加工策略，而不是使用传统的平行加工策略。在可能的情况下，都应从工件的中心开始向外加工，以尽量减少全刀宽切削。
2、精加工
精加工的基本要求是要获得很高的精度、光滑的零件表面质量，轻松实现精细区域的加工，如：小的圆角（小于1mm），小的沟漕等，高速加工的出现是一场制造行业的革命，可以使诸如要使用耗时的放电加工工艺，完全在高速加工中心上完成，淬硬材料在高速加工中心上能够获得十分高的表面质量（R0.4）等，使得传统工艺工艺人员必须重新考虑工艺。如果要获得高的表面质量，切入和切出工件时，无论是粗加工还是精加工，都应使用使用圆弧切入和切出方法来切入或离开工件。应尽量避免垂直下刀，直接接近零件表面，因为这样会降低切削速度，同时会在零件表面上留下很多刀痕POWERMILL的丰富切入切出及连接方式极大限度的满足了高速加工的要求，特别在精加工中一定采用切入切出工艺方案。同时POWERMILL是一款精加工策略非常丰富的CAM系统（如图6）。
图6
对许多形状来说，精加工最有效的策略是使用三维螺旋策略（如图7）。使用这种策略可避免使用平行策略和偏置精加工策略中会出现的频繁的方向改变，从而提高加工速度，减少刀具磨损。这个策略可以在很少抬刀的情况下生成连续光滑的刀具路径。
图7
图8
传统的等高加工方式是众多CAM软件普遍采用的一种加工方式，POWERMILL在此经典加工方式上做的创新让人耳目一新：
（1）螺旋等高，也就是在加工区域仅一次进刀，在不抬刀的情况下生成连续光滑的刀具路径（图8），进、退刀方式采用圆弧切入切出，螺旋等高方式的特点是，没有等高层之间的刀路移动，避免频繁抬刀、进刀对零件表面质量的影响及机械设备不必要的耗损。
（2）等粗糙度等高加工，可谓独具特色的一种加工方式, 一改其它CAM软件的单一等Z轴方式，智能识别、智能转换、将大幅提高曲面加工质量，刀路的优化，将大幅减少加工时间。
（3）最佳等高：最佳等高方式同样是非常适合高速加工的一种加工方法，POWERMILL系统会自动利用区域分析算法对陡峭和平坦区域分别处理，计算适合等高及适合使用类似3D偏置的区域，并且同时可以使用螺旋方式，在很少抬刀的情况下生成优化的刀具路径（图9），获得更好的表面质量。
（4）传统的等高方式，仍然不失为一种非常好的加工方式，在高速加工中运用，一定要采取，圆弧切入切出连接方式，以及尖角圆弧过渡。禁止使用直接下刀的连接方式来生成高速加工的程序（图10）。
图9
图10
Powermill的清根功能是笔者接触的CAM软件中方式最多（图11）、安全性最好、考虑最周到的CAM 软件之一。
图11
（1）自动清根：基于模型余量特征的多道往复自动清根，POWERMILL系统会自动利用区域分析算法对陡峭和平坦区域分别处理，并根据加工工艺自动采用在陡峭拐角采用等高的方式来生成刀具路径，平坦区域产生沿着的刀具路径，并且沿根方向全自动从外向内往复加工，确保余量均匀，保证刀具路径的自然光滑、平稳、载荷均匀（图12）。
图12
（2）残余量清根加工：系统自动比较上次加工与原模型自动找出残余量边界，除单笔清根外，其余清根方式都可利用残余量清根选项，由外向内的3D offest方式完成清根及残余区域加工，尽可能地减少人工修复。
如果用户拥有5轴高速加工中心，3+2轴加工（五面体加工）及五轴联动加工功能,那么你就可以在使用球型刀具时，采用前倾侧倾，来避免线速度非常低的刀尖参加切削。高速加工时对于大型平坦表面，如汽车覆盖件模具为了保证切削线速度，在工艺上需要刀具固定摆角加工，以保证好的表面质量。
三、干涉检查及后编辑
在编程过程中，你可以用你要用于加工的实际刀具长度，刀夹尺寸进行干涉检查，系统可以根据你的设置快速检查刀具、刀柄、夹具是否干涉，实际加工过程中刀具、刀柄、夹具的干涉碰撞是操作者最为担心的问题，PowerMILL提供精确的刀具、刀柄、夹具的干涉检查，自动截掉发生碰撞的刀具路径与指令，并可以给出不发生碰撞的最短夹刀长度，指导操作者最优化备刀准备，具有非常实用的意义。用高速加工状态下，完全避免过切和刀具夹持碰撞检查更加重要，因为任何这样的损坏都将更加严重。高的运转速度使操作者在加工中发现任何问题都无法停机，因而加工前一定要用ViewMILL检查刀具加工路径及仿真检查进行结果校验。
高速加工状态下，刀具碰撞和过切问题显得更加严重。PowerMILL的刀具夹持碰撞检查和过切避免功能消除了NC 程序员对此的忧虑。
四、切削速度的优化高速控制器具有NURBS选项
使用PS-Optifeed优化F值，系统可以根据生成刀具路径在切削时的切削量的变化，自动进行速度优化处理，也就是说在切削量小的地方加快切削速度，而在加工余量大的地方增加切削速度，从而缩短加工时间，提高了工作效率，减少刀具的损坏，延长刀具的寿命，保证了机床和刀具需要的切削载荷的更小变化，提高精加工的表面质量，图13是优化F值的过程，图14是优化F值后，切削时切削速度根据余量的变化曲线。
图13
图14
五、高速控制器具有NURBS选项
最新的高速控制器具有NURBS选项，从而允许用一系列曲线运动而不是大量的短的直线运动来进行精加工。这样过程控制不再是速度瓶颈，因而加工速度就更加提高。由于每一段NURBS运动更长，机床控制器能向前看得更远，这样，使得路径设计和进给速率设置更加智能化。同时，使用曲线路径比使用一系列直线路径有更少的速度调整如减少，减速。产生更适合高速加工的NURBS曲线控制代码。
图15
X-6.6569 Y-1.8563 S35000 M3
G43 Z-.22 H2 M8
G1 Z-.25 F1500
X-6.8563 Y-1.6569 F2000
G6.2K0 X-6.8563 Y-1.6569 Z-.25
K0 X-6.8569 Y-1.6561 Z-.25
K0 X-6.8574 Y-1.6552 Z-.25
K0 X-6.8579 Y-1.6544 Z-.25
K1
K1
K1
K1
K0 X-6.8579 Y-1.6544 Z-.25
K0 X-6.8594 Y-1.6505 Z-.25
K1 X-6.8435 Y-1.6343 Z-.25
K2 X-6.7477 Y-1.7301 Z-.25
六、结束语
笔者对高速加工的理解，以及在实际工作中的一些经验，个人认为高速加工的程序的安全性是首要的，笔者在前面已经多次谈到，因此选择智能化的CAM系统也是必须的，因为传统的CAM系统一般都是面向局部的加工方式，靠操作者指定过切控制面或形体，采用人工或半自动的方式防过切处理，而不是全自动的过切防护，操作者的精神压力极大，受到情绪、责任心等方面人为因素的影响，无法从根本上杜绝错误的发生，具有发生严重事故的隐患，因此传统的CAM系统不合适于高速加工技术的应用。
内容摘要：本文主要对 PowerMill 在模具加工中的应用进行规纳和总结，对 PowerMill 的特点和优点进行了阐述，通过几个实例，简述了 PowerMill 在边界、参考线及 2D 等方面的应用
关键词： PowerMill 边界 参考线 刀轨
1 概述
PowerMill 是一套独立的 3D 加工软件，专业性强，自动化程度高，刀轨优化，编辑功能极强，特别适合模具加工； 3D 模型可由曲面模型，实体模型的 CAD 系统转到 PowerMill ，不需要考虑曲面间的间隙，重叠，皱折扭曲等问题，而得到完全不过切的刀具轨迹。
PowerMill 系统操作过程完全符合数控加工工程，实体模型全自动化处理，实现了粗、精、清加工的自动化，程编过程简单、易懂。进行程编时，只需简单的将模型输入，计算出毛坯，不需进行曲面的选取，就可自动将模型计算在内，生成刀具轨迹。计算毛坯时有多种方法：矩形，任意轮廓，任何 CAD 实体数摸，而且毛坯的估算限界有多种，可通过模型、边界、参考线及特征。其它软件在产生刀具路径时，必须选取模型，若面片漏选，就会造成零件铣伤。 PowerMill 通过产生毛坯来自动计算模型的好处就可以避免以上现象的发生。
2 边界应用
PowerMill 定义边界的方法有很多，可以通过毛坯、残留、已选曲面、浅滩、
轮廓、无碰撞边界、接触转换、接触点、用户定义，在一般的加工中，用户定义的边界用得最多，最普遍。边界还可以进行各种各样的编辑，包括点、偏置、复制、移动、修圆等等。这里我主要谈一下残留、浅滩、无碰撞边界、接触转换。
2.1 残留边界
计算残留边界时，主要定义的参数有检测材料 , 所用刀具和参考刀具，公差、余量，残留边界加工主要是用于在大刀具加工后对于凹槽或者是大的凹 R 处余量很大，后面用小刀具加工时会出现拉刀现象，甚至会损坏刀具。比如用 T63R8D 刀具进行三维区域清除（等高粗加工）后，产生一个残留边界，用 T63R8 作为参考刀具，用 T30R15 作为加工刀具，用残留边界再进行一次三维区域清除（等高粗加工），只是局部再进行的一次粗加工，这样既节约了时间，又保证了后面的半精加工和精加工的质量，同时还提高了刀具的使用寿命。
2.2 浅滩边界
计算浅滩边界时，需要设置上限角、下限角、公差、余量、所使用的刀具，使用浅滩边界的目的，是为了对模具进行分区域加工，可以通过浅滩边界给出不同的角度，计算出陡峭的和平坦的两个边界，利用两个边界进行不同的加工方法，平坦区域可用平行精加工，陡峭的区域可以使用等高精加工，这样既能保证加工质量，又能提高加工效率，对机床也是一种保护。（见图一）
图一 : 计算浅滩边界后陡峭面及平坦面分区域加工示例
2.3 无碰撞边界
计算无碰撞边界时，给出刀具夹持间隙、刀柄间隙、公差、余量 ﹑ 使用的刀具，同时还要给出剪裁边界。无碰撞边界计算出后，就可以安全的使用所选的刀具，要碰撞的区域可以更换刀具或摆角加工。
2.4 接触转换边界
计算接触转换边界，除了设置余量、公差、刀具外，还需给出接触点边界，也就是需要转换的边界，使用接触转换边界可以去掉原边界处残留 。
边界很重要，边界使用的正确与否，直接影响到模具的加工效率和加工质量。
3 参考线应用
参考线在 PowerMill 中的应用是至关重要的，与其它软件相比，应用参考线是 PowerMill 的一大特点，也是一大优点。根据模具不同的流线形状，产生不同的参考线，在三维偏置加工中加入参考线，生成的刀具轨迹具有流线性，不是杂乱无章的（见图二）。参考线同样可以进行各种各样的编辑，可以插入参考线产生器，插入刀具路径等 。
图二： 参考线加工示例
4 刀轨编辑
PowerMill 不仅在刀具轨迹产生前可以进行各种参数设置，在刀具轨迹产生后还可以进行各种各样的编辑，可以对刀具轨迹进行变换、裁剪、分割、重排等等。裁剪可以按平面、多边形、边界进行，重排可以使刀具轨迹改变方向和反转顺序。 PowerMill 还可以对刀具轨迹进行动态摸拟，对刀具路径进行过切和碰撞检查，检查后自动将过切或碰撞部分输出。 PowerMill 还可以对刀具路径进行任意连接。
5 双料厚加工
PowerMill 不仅能够对单余量进行加工，还可以对多余量进行加工，多余量通过加工余量中的部件余量获取， PowerMill 可以设置碰撞面、忽略面。
6 2D 应用
PowerMill 不仅在 3D 加工中专业性强，同时在 2D 加工中也灵活方便，即可用于平面铣，也可用于轮廓铣，只需定义一个特征；既可单刀加工，也可分层加工（见图三）。同时还可以进行任意角度的摆角加工。
图三： 2D 轮廓分层加工示例
7 其它
PowerMillh 还有许多功能这里就不再一一阐述了。 PowerMill 的后置处理适应于所有的数据系统，可以任意选择。 PowerMill 在五轴加工方面与其它软件相比有不可比拟的优势，值得推广和应用。
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