摘要：安全、高效、高质量是高速数控加工的主要目标。一个优秀的CAM编程系统应具有很高的计算速度、较强的插补功能、待加工轨迹监控功能、刀具轨迹编辑优化功能等。分析了高速加工对数控编程的要求，强调了刀路轨迹光滑、载荷平稳和轨迹的优化。
关键词：数控加工；刀具路径；优化；高速切削
1概述
高速机床对数控加工程序要求很高的安全性、有效性，任何编程过程的失误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，这需要CAM系统必须具备全自动的防过切、防碰撞功能，确保加工指令的绝对安全。使用高速加工机床及用CAM软件进行编程，注意加工工艺的安全性和有效性，及工艺策略等方面的经验积累，可对切削技术人员起到正确的指导作用。
2高速切削对数控编程的要求
2.1尽量避免加工方向的突然改变
应避免刀具轨迹中走刀方向的突然变化，以免因局部过切而造成刀具或设备的损坏；走刀速度要平稳，避免突然加速或减速；应采用光滑的转弯走刀，以保证高速加工的平稳，如图1所示，在尖角处刀路改成了圆弧过渡，这可由CAM软件中切削参数里面的“拐角”选项设定。进退刀方式可采用螺旋线、圆弧和斜线方式，如图2所示的圆弧切入切出走刀方式，这可由CAM软件中的非切削参数选项设定。在曲面等高切削等涉及到相邻两层切削刀路间的移刀情况出现时，最有效的方法是附加圆滑刀具转接。两层间的刀路圆弧转接既有效的解决了刀路平滑的要求，又符合螺旋下刀减少切削阻力的问题，如图3所示。
2.2尽量保持刀具负载不变
高速加工时，建议尽可能地保持一个稳定的切削参数，包括保持切削厚度、进给量和切削线速度的一致性。如图4所示，分层切削要优于仿形加工。摆线式加工这是一种专门针对高速加工的刀位轨迹策略，所谓“摆线”即为圆上一固定点随着圆沿曲线滚动时生成的轨迹，由于切削过程中总是沿一条具有固定曲率的曲线运动，使得刀具运动总能保持一致的进给率。如图5所示，在曲面切槽加工中，当用螺旋下刀切入工件后，利用摆线切削摆动前进切开一道或两道通槽，而不是直接直线走刀切削通槽，在通槽切削出来后，再使用直线走刀进行切削。这样就有效地避免了全刃径的切削，使得整个曲面切槽加工的每刀的切削负荷更加平均了。
2.3高速加工刀具路径的优化
在高速加工过程中，应输出光滑、平顺的刀位轨迹，现有的CAM系统中的高速加工路径的生成，通常基于对传统加工路径的修正与改造。2.3.1刀具轨迹切削方式的修正包括在相邻的两行切刀路间附加圆滑刀路转接；在相邻的两层切削刀路间附加圆滑刀路转接；垂直进刀要尽量使用螺旋进给，应避免垂直下刀；程序中走刀不能拐硬弯，要尽可能地减少任何切削方向的突然变化，从而尽量减少切削速度的降低；尽量减少全刀宽切削，保持金属切除率的稳定性。2.3.2使用NURBS输出程序在复杂形状零件的高速加工中，采用直线段逼近零件形状，为保证加工精度每段NC代码定义的位移较小，因而NC代码变得非常庞大。而且直线插补加工时为降低直线端的速度冲击，数控系统监控功能在直线端不断加减速，而NURBS插补刀轨在允许的加工方向变化范围内，无需加减速。例如在UGCAM等软件中做轮廓铣的时候，在机床控制对话框中设置运动输出MotionOutput为NURBS，则生成简化的NC程序，使机床以更高的进给率产生更光顺的曲面精加工效果。
结束语
高速加工对加工工艺走刀方式比传统方式有着特殊要求，使用CAM系统进行数控编程时，在刀具轨迹生成方面应具备相应的功能，首先要注意加工方法的安全性和有效性；其次，要尽一切可能保证刀具运动轨迹的光滑与平稳，这会直接影响加工质量和机床主轴等零件的寿命；最后，要尽量使刀具载荷均匀，这会直接影响刀具的寿命。
参考文献
[1]孙全平.高速铣削加工工艺优化技术的研究[J].机床与液压,2006,(1):21-24.
[2]王成勇.模具高速加工的NC编程策略[J].制造技术与机床,2003,(2)论文发表期刊:25-29.
[3]刘占强.高速切削数据库与数控编程技术[M].北京:国防工业出版社,2009.
作者：仲兴国 单位：沈阳工学院机械与运载学院
