利用PowerMILL“点分布”功能实现工件的“免抛光”

PowerMILL是英国Delcam公司开发的面向通用加工的一款3~5轴高端CAM软件，目前在中国地区有超过2000家的用户在使用，全球有近40000家用户。它功能强大，易学易用，可快速、准确地产生能最大限度发挥 CNC 数控机床生产效率的、全程无过切的粗、精加工刀具路径，确保生产出高质量的零件和工模具。

尤其在表面光洁度及形位公差要求高的行业，PowerMILL得到了广泛的应用。虽然PowerMILL是目前国内最流行的高端加工软件，但还有很多使用者不是很清楚“点分布”功能的具体应用技巧。如果合理使用了“点分布”，不仅可以提高工件的表面光洁度，而且还可以显著提升加工效率。PowerMILL的“点分布”功能不仅仅适用于3轴高速机床，而且也适用于5轴机床加工。汽车车灯模具的反光碗、电镀件、叶轮叶片等有很高表面要求的工件采用“点分布”功能，可以得到近乎于免抛光的表面质量。接下来我们来看看“点分布”的应用技巧。

一、“点分布”的原理

下面左图是没有使用“点分布”的刀具路径，右图是使用“点分布”的刀具路径：

从上面两个图对比可以明显看出使用了点分布的路径上关键点明显增多并且更加均布。而上图中红色的关键点在刀具路径生成为NC代码时就是其中的XYZ关键点，正是因为有了更均布的点，才可以实现匀速加工，加工进给率基本上按照我们设定的F值在一个很小的范围内波动，这样就可以更高的表面质量和更高的加工效率。如果没有设置合理的“点分布”数值，加工过程中会出现进给率忽快忽慢的变化，从而造成机床的频繁加减速，最后得到的是较差的加工表面和加工速度的较大损失。合理使用“点分布”，最大可以缩短39%的加工时间。

所有刀具路径都可以使用“点分布”功能。“点分布”设置按钮可以在主工具栏上及每个策略对话框内找到并设定参数。主工具栏中“点分布”按钮控制的是全局设定，而每个策略对话框内的“点分布”则仅对当前路径起作用。

二、“点分布”的释义

下图是PowerMILL中“点分布”表格中相关参数的解释：

1、输出点分布（有4种类型）：

a. 公差并保留圆弧：只在模型中指定的修圆控制位置输出圆弧移动，路径中红色的节点位置在NC代码中将输出为线性移动，蓝色节点（圆弧的中点）将输出为圆弧移动。（见图一）

b. 公差并替换圆弧：刀具路径所有位置将输出为线性移动插补，此功能尤其适合没有圆弧移动插补指令的数控系统。（见图二）

c. 重新分布：控制刀具路径节点按照指定的“点分布距离”均匀分布，使刀具路径矢量平滑，对高速加工和多轴加工尤其有效，可以提高加工质量，减少加工时间。（如图三）

d. 修圆：按照修圆系数把路径中所有的曲线路径输出为圆弧移动插补，而纯直线路径仍将输出为线性插补。当使用修圆时，不可以使用点分布参数里面的“接触点法线”选项。（见图四）

公差系数：

控制刀具路径在做以上4种类型的路径点时和理论轨迹的误差值，该误差值受限于刀具路径的加工公差。比如，公差系数设置为0.5，当前刀具路径公差为0.01，则误差值为0.5*0.01=0.005。

2、点分离距离：

此选项的作用是限制刀具路径上关键点的最大距离值（默认单位毫米）。当勾选此选项时，将会打开“最大距离”输入框，输入的值就是两点间的最大限制值。可以配合以上4种点分布类型进行控制，但在“修圆”时不可用。

3、点分离角：

点分离角控制两点间的最大轴向运动角度。当勾选此选项时，将打开“分离角”值输入框。此功能为PowerMILL2012版本新增功能，主要用于多轴尤其是5轴加工。可以让刀轴在拐角变化比较剧烈区域更趋于平稳，改善因为刀轴剧烈变动造成的表面质量不佳及提高加工效率。

4、网格：

该选项区域内容主要是控制模型计算精度。

我们知道，绝大部分的CAM软件无论是根据实体还是曲面来编程的软件，在计算时都要把模型网格化（三角形化）。系统在计算每条刀具路径时都会按照当前模型准备公差网格化模型，所以在PowerMILL中，我们所设置的刀具路径公差同时也控制着模型的精度。比如，网格系数设置为0.5，加工公差设置为0.01，那么我们的当前模型准备公差就等于两个参数的相乘所得0.0025。

但是，在PowerMILL中，为了获得更高的计算精度，我们除了提高加工公差和网格系数以外，还可以人为控制网格化的三角形长度。勾选“限制最大三角形长度”复选项，下面的“最大三角形长度”文本框被激活，输入的值就是模型网格化时的最大三角形长度。

5、接触点法线：

接触点法线是一个独立的复选项，该参数主要的作用是让我们在计算刀具路径时同事计算刀具的接触点位置。这样我们就可以在刀具路径主工具栏中选择“显示接触点路径”按钮来查看刀具侧刃加工的位置了。并且，只有包含了“接触点法线”的路径才能够应用“曲面法线圆弧”进退刀方式。

但是，当使用点分布的类型为修圆是，不能够计算接触点路径。

三、“点分布”的应用技巧及经验值

1、应用场所：

公差并保留圆弧（系统默认选项）：

a）、应用在要求不高的加工区域（比如开粗、半精加工及精度要求一般的精加工）；
b）、程序“预读”能力比较差的普通数控机床。

公差并替换圆弧：

a）、没有圆弧插补指令的数控系统（比较老式的机床及很多精雕机）；
b）、有圆弧插补指令的数控系统，但在拐角落区域使用圆弧移动反而“跑不快”的机床，使用线性插补更快。

重新分布：

a）、特别适合高速加工、多轴加工；
b）、适合表面质量要求高地工件加工；
c）、因为程序量大，所以不太适合预读能力差的控制系统。

修圆：

在圆孔铣削时，希望输出圆弧插补的情况。

2、点分离距离的计算公式：

不合理的点分离距离会造成：计算时间过长或加工时机床抖动。

检查方法：

减小进给率以后再加工，如果机床不抖动，则和参数设置无关；如果还是抖动，则可能和点分离值设置不合理有关系。

点分离限界值的计算公式：

点分布的“点分离限界”值必须通过以下公式计算后得到的值大于机床的响应时间。响应时间可以通过机床说明书或机床生产厂家获得。

X = “点分离限界”值(mm)---点分布表格中设定的“点分离限界”值
F =进给速度(m/min)---进给率表
60*X/F =机床最小响应时间

举例：假设某机床最小响应时间为2毫秒，进给率 = 1.671m/min 最大点分离距离 = 2mm，

计算结果：60*2/1.671 = 71.8 msec

而该机床最小响应时间为2毫秒，说明我们的参数设置没有超过机床的极限值。

3、常用控制系统推荐的点分布值（以 Heidenhein 530i 系统为例）：

公差系数：0.1~0.9
最大点分离距离：0.1~0.5mm
网格系数:0.1~0.5
最大三角形长度：0.5~3

总结：

合理地设置点分布不仅可以大大改善工件表面的光洁度，而且可以显著提升加工效率。