摘要：针对使用POWERMILL进行编程时，对于立体型模具编程难度大的问题，简要介绍利用软件自带的“碰撞检查”功能进行二次运算，以降低编程难度，减少因人为造成的程序错误，提高立体模程序安全性。同时，将使用“碰撞检查”功能与其他编程方法进行简单比较，浅要分析该功能在实际运用中的优点与劣势，使之能被更合理地应用。
关键词：PowerMILL；立体模；碰撞检查；模具编程
引言
PowerMILL软件因其编程功能强大、加工策略丰富、操作易上手等特点，在模具制造业得到广泛应用。但大多数软件都存在着一定的缺点，在使用PowerMILL编制某些形态复杂的模具程序时，便会有一定的难度和复杂性。而因CAM软件价格不菲，公司多数情况下都不会配套多种软件辅助编程。此时，我们需要从软件自身出发，寻找易学易用的方法解决实际难题。本文以我公司现有的PowerMILL版本的程序编制为例，浅析在使用PowerMILL编制立体模具时，其“碰撞检查”功能的实际应用及优势与劣势。
1、PowerMILL碰撞检查功能
PowerMILL在每个刀具路径对应的右键菜单下都设置有一个检查选项，其中的碰撞检查功能可以检查刀具加工出现碰撞的深度、避免碰撞所需的最小刀长以及拆分出现碰撞的刀具路径区域。在选择“碰撞检查”选项后，可选择的参数包括模型、余量、刀具路径的分割、不同刀具的选择、主轴及夹持刀具的间隙值、伸出长度调整等，功能全面。
2、实例分析PowerMILL“碰撞检查”功能的应用
我公司目前所承接模具类型包括曲轴模具、前轴模具、离合器模具、转向节模具等，按模具上表面形态，又大致可分为平面模、立体模两种类型。而曲轴立体模具因其加工量多，形状不规则，型腔最高点与最低点间落差大，使得编程和加工都具有一定困难。PowerMILL的碰撞检查功能主要便是应用在此类形态较为复杂的模具编程上。
2.1 立体模指模具上表面呈不规则形状，有立体感，如图1。
图1 模具上表面凹凸不平，呈立体形
加工此类模具时，若按通常的控制毛坯深度的方法分刀长加工，则可能会出现凸面部分型腔已加工到位，但凹面部分型腔只加工到很浅位置，且加工到型腔最底部时需使用的刀具伸出过长的情况，如图2（线框中不同区域实际加工深度的区别）。
图2 设置同样加工深度下不同区域实际加工深度差别大
若使用多边界、多毛坯的方式加工（二者均是将凸面和凹面部分型腔分开做刀路），会产生同样长度的一把刀具，需计算多个刀路的状况，且为避免产生余料，会使刀路两两间有部分重叠，导致加工时间延长，整个刀路会显得繁杂。此时，若合理使用PowerMILL碰撞检查功能，则在加工不同区域面时均能使用同一刀具长度，在同一刀长下使铣削深度分配合理，且加工安全能得到有效保障。
2.2 碰撞检查功能具体操作步骤
2.2.1 产生刀具
在进行导图、建立坐标、存档等常规操作后，我们需根据实际使用的刀具建立一把带刀柄、夹持的刀具模型，模型上的刀头、刀杆、刀柄、夹持的直径及伸出长度参数需与实际使用刀具一一对应。
2.2.2 产生刀具路径
建立好刀具后，根据实际情况选择任一加工策略，产生刀具路径。刀具路径中，“自动检查—自动碰撞检查”一项不可勾选。将刀路中各项参数按加工需求设置好后，计算该刀具路径。
2.2.3 刀路碰撞检查
待刀路计算完成后，激活刀路，右键选“检查-刀具路径”，弹出图3对话框，按图中选择参数：检查“碰撞”、检查“模型”、“全部”范围；勾选“分割刀具路径”、“输出安全移动”、“输出不安全移动”、“分割移动”、“计算碰撞深度”；刀路“重叠”、“最小长度”、“夹持间隙”、“刀柄间隙”的数值均可填“1”，表示1MM。参数勾选、填写完成后，点击“应用”，PowerMILL系统将按所给参数值进行碰撞检查运算。待检查完成，若出现碰撞，系统将弹出碰撞提示，提示内容包括：在多少深度时产生碰撞、建议的切削刃及建议的最小刀具伸出长度，如图4。提示框中需关注的数值仅“建议使用的最小刀具切屑刃长度为”一项即可，该项数值直观的显示了加工此模具该刀具所需的最小伸出长度。因为一般情况下刀具的刀柄及夹持部分是固定不变的，而当刀具伸出长度改变时，对应的刀具“切削刃长度”会相应变化，所以一般情况下“最小刀具伸出”一项的数值可忽视。如图四中，当使用D16R4刀具对该模具进行二粗时，根据公司现有的刀柄及夹持类型，刀具所需伸出的最小长度是114.2MM，而非130.8MM。
图3 参数选项表 图4 碰撞检查运算结果显示
3、PowerMILL“碰撞检查”功能的优劣
3.1 PowerMILL“碰撞检查”功能的优点
相对于使用分边界、多毛坯方法做出的刀具路径，使用PowerMILL系统自带的“碰撞检查”功能省去了人为目测碰撞区域及人为计算各区域加工深度的繁琐步骤，提升的刀具路径的安全性。
3.1.1 分边界、多毛坯的加工方法，主要是通过对不同类型区域分别做出限定边界、毛坯的方式，使得相同类型区域能在同一个边界下被框选出，从而能使用同一刀具路径。使用在立体模上的具体做法便是：将高出大平面的各个区域框选为一个边界（如图2），假定为边界一，则以边界一计算出一套刀路；将大平面以下区域同理框选出一个边界做一套刀路。此种方法的弊端在于：
（1）各区域边界、毛坯需分别框选，且难以做到合理框选。若凸出部分边界太大，则加工时空刀会较多；若凹面区域边界太大，则刀具的刀柄、夹持部分有可能会与模具凸出的面产生碰撞，造成刀具、机床的损坏。所以对区域的框选需有一定的经验，对于新手难度较大。
（2）各边界区域的加工深度需人工进行计算。以我公司为例，因工艺要求，加工坐标的Z轴需置于大平面上，则凸出部分的绝对坐标值为正数，大平面以下区域坐标值则为负数。在设置加工深度时需人为进行加减计算，若数值前带正负号（符号不统一），易造成运算混乱。
（3）因边界不同，同样刀具针对各个边界需编制不同刀具路径。若一件模具需使用的刀具为D50R5-D35R5-D25R5-D12-D8-D6，在有A、B两种边界情况下，每一把刀具都需要编制出A、B两种刀路，如D50R5-A、D50R5-B……整个刀具路径就会显得多而繁杂。
3.1.2 使用PowerMILL的碰撞检查功能只需针对模具所需加工的所有位置框选出一个边界，并计算出一个能覆盖所有加工位置的毛坯即可进行刀路的运算。在编制刀路参数时，编程人员无需人为判断各刀具应加工深度，待刀路计算完成后，使用刀路的碰撞检查功能即可由系统自动算出。此方法可减少编程人员在绘制边界及框选毛坯上所耗费的时间及精力，且相对于人为的经验识别，通过系统自带的功能进行识别运算，其安全性更高，可大幅度减少因人为运算造成的失误。
3.2 PowerMILL“碰撞检查”功能的缺点
3.2.1 由于此功能是在刀路计算完成后才能使用，所以相较于一般的程序编制，此方法多了一步“碰撞检查”的运算，且此运算需耗费一定的时间，所以会使整个模具的程序编制时间大幅度延长。
3.2.2 使用碰撞检查功能运算出的刀路会产生断层现象。如图4中，在选取“输出安全移动”和“输出不安全移动”后，此功能运算时会将完整的刀路进行分割，得出安全的刀具路径、会产生碰撞的不安全刀具路径两种结果。安全的刀路在名称前以蓝色的“√”标识，不安全刀路以红色的“！”标识，如图5。但安全刀路会有如图6所示的断层刀路现象，断层现象会导致刀具在下一层刀路中切屑量过大，损坏刀具。此时，激活安全刀路，并将不安全刀路点亮，两者显示出的颜色有明显区别。通过颜色对比，以各区域不安全刀路为界限，删除安全刀路断层以下部分，得出最终所需刀具路径，如图7。
图5 安全刀路与不安全刀路的标识区别 图6 刀路的断层现象 图7 删减后最终得出的刀路
4.结束语
综上分析可得出，PowerMILL的碰撞检查功能优势在于其简单易懂，易学、易用，可减少人为因素造成错误；其缺点在于后期工作繁琐，会拖慢整体程序运算时间。所以，相较于其他方法，PowerMILL碰撞检查功能更适合在进行复杂形态模具的程序编制时使用。
参考文献：
[1] 刘容. 基于PowerMILL的数控加工技术在模具制造中的应用[J]. 金属加工（冷加工），2013（1）：69-71.
[2] 黄灯生. PowerMill软件解决深型腔加工中刀具碰撞和避空方法[J]. 模具技术，2011（2）：56-60.
作者简介：谭兴强，1988，男，壮族，广西来宾籍，大专，从事数控编程。
论文作者:谭兴强
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/17
标签：刀具论文; 加工论文; 模具论文; 边界论文; 功能论文; 路径论文; 如图论文; 《基层建设》2019年第12期论文;