图1 图中尺寸为356～457mm模具的两个型腔，它最终将被加工到0.01mm的负公差裕量。由于该模具分型线的加工光滑度、精度与型腔表面精度相同，因此模具的逐点修整时间只需要几个小时

Doug Noxell先生深知他的公司拥有的了一款非常合适的软件，用于车间的零公差加工，使他们可以创建一个具有多种能力的加工车间。

当Doug Noxell先生走进一家日本模具加工车间时，操作人员正在对汽车格栅模具型芯的一侧做最后的加工。而这个模具型腔的另一侧仍在加工中心上等待加工，还没有开始进行3D铣削加工。但先生却被告之第二天就可以前来参观成品演示。

Noxell先生认为，他们要在这么短的时间内完成对于这个模具的加工和逐点打磨简直是不可能的。但当Noxell先生再次回到车间时，模具已经安装在注塑机上等待试验了。模具型腔的其余部分早在前一天已经完成了3D铣削加工。整个加工中不再保留多余的加工裕量，模具几乎无需再进行手工打磨，要做的只是在修整压力机上进行几分钟的修整即可。

模具两侧的实际加工精度比CAD模型少了0.01mm(0.0004in)。这个“负公差裕量”就是模具能够在这么短时间内完成加工并进行试验的原因。

CAM软件最初是由Graphic Products公司开发的，该公司的总部位于日本东京。通过该软件的路径编程工具，可以进行高速铣削加工，其加工后的表面无需进行抛光处理。零件加工的几何形状完全符合CAD模型，其加工精度可达到百万分之几英寸。

Noxell先生想要通过负裕量切削加工来显示它们所具有的许多优点。断开表面之间的微小缝隙可以防止分型线边缘之间互相接触，以此降低磨具的磨损，同时可以防止大部分塑料件产生飞边。此外，这个缝隙还可以使模具闭合时排除里面的空气，保证模具的通气性以及熔融塑料的流动性。

为此，他需要提供具有说服力的试切削加工实例和现场加工示范，来达到他的目标。于是他和Joe Copot先生创办了一家加工车间，从事3D模具的高精度加工、半精加工和精加工。该公司名为SurKut加工技术公司，位于安大略省的Tecumseh市。

不久以后，Noxell先生意识到，他需要在软件销售商与机加工服务供应商之间进行取舍。尽管他仍将作为高速加工的咨询服务机构推销软件，但他还是选择了一直从事的高速铣削加工和负裕量切削加工行业。
图2 SurKut公司用把3mm和一把5mm的圆头铣刀来加工模具的型腔和分型线，这些扇形表面的加工精度低于0.002mm
图3 SurKut公司的乔福DMC-1600 HN型桥式立式加工中心，具有巨大的加工能力和很高加工精度，为加工车间的初始阶段创造了很大价值

没有薄弱环节和折衷方法

正如他所期望和着重强调的，零公差加工概念是体现CAM软件价值的一个关键因素。

Noxell先生说：“以我多年的加工经验看来，硬质材料的高精度和高公差加工的要求说明，只有控制好各种变量，才能使误差降到最低。”正如他所解释的那样，如果不能合理地控制这些变量、充分运用编程、工具设计和加工技术，那么就不得不在3D模具表面和切断区域保留0.25～0.75mm(0.001～0.003in)的加工裕量。只有这样，车间才能够对加工工艺中的累计误差进行补偿。

造成误差的一个根源可能来自于CNC数控刀具路径。Noxell先生深知创建的所有刀具路径并不是全部相等的。其中有些刀具的路径要比其他的更为精确，而CAM工具的极高精度吸引了他的注意。同样，并不是所有的刀具路径都适合于高速加工或应用很小的刀具。刀具接近材料，以及对材料表面进行切削的方式决定了表面光洁度的质量和刀具的使用寿命。该软件在这个方面起到了决定性的作用。

然而，优质的路径只不过是一部分，还需要考虑其他的误差来源。对于加工中的每个因素都必须精心设计，以便将机床的误差降到最低，以及避免机床发生振动。

这点可以在Surkut公司对加工资源的选择中反映出来。该车间拥有一台乔福(Johnford) DMC-1600HN型立式加工中心和一台Topper NV812型机床。第一台机床X、Y、Z轴的工作范围为1600×1300×800mm(63in×51in×32in)；第二台的工作范围为1200×790×599mm(47in×31in×20in)。

Noxell先生说：“这两台机床均为桥式结构，到目前为止还没有发生过故障。”这种结构配置可以使立柱在床身上的悬臂降到最低。桥梁对面的立柱可以提高加工力度的稳定性，使机床的刚性比C形框架式结构更高。这两台机床均来自Absolute机床公司，并且由销售商根据零公差加工概念进行了优化。这类机床配有Weiss主轴，最高转速达24000r/min。

该加工车间所购置的HSK-A63型刀夹来自于Haimer公司，采用由核心精密技术公司提供的热套夹紧装置。Noxell先生说：“机床的刚性是独一无二的，在切削加工负公差尺寸时偏转误差低，HSK刀具的平衡性极好。因此我们相信这项投资是很正确的。”

对于刀具他们也存在着同样的想法。他说：“我们深知，具有高精度半径和采用拥有先进涂料的刀具是工艺中不可缺少的一个部分。”SurKut公司刀具的主要供应商是欧士机丝锥板牙(OSG Tap & Die)公司。

软件的基本要求

Noxell先生说：“一个加工车间不管是否应用我们的或其他的软件，该软件都必须满足某些要求，可以采用有效地方法加工模具。”在评价CAM软件支持零公差加工或负裕量加工方面，他提出了一些看法：

刀具切削加工的路径能够接近CAD模型什么程度？

类似CAM工具的一些软件，都采用CAD系统中的几何算法来定义同一套点位。因此，刀具路径可以如系统分辨率一样精确的复制这些表面，一般由小数点后的5位数来决定。

其他系统采用了更为普通的方法，从而在零件表面上分布形成了大量的三角形。同时，这个近似值代表了一个必需的折衷方案，然后利用可接受的刀具路径的加工时间，来平衡个人计算机系统有限的加工能力。三角测量法减少了需要计算的数学点位的数量，从而提高了刀具路径的计算效率。但其精度往往不适于零公差加工或负裕量加工。

最近，一些软件开发商大大提高了三角形算法的水平，创建了更加精确的刀具路径。

Noxell先生解释说：“在各种情况下，编程人员必须选用适当刀具路径的公差，因为系统的缺省值可能无法正确地设定。”

软件能够为高速加工提供灵活的刀具路径策略吗？

编程人员必定有可供选用的方法来控制刀具的输入值和现有的切削量。同样，在遇到不同的形状时，需要选用不同的方法来控制刀刃与材料之间的啮合接触，以保持恒定的切屑负荷。

软件应用到二次加工(或称为其余加工)时的精确度如何？

毫无疑问，为了安全地加工那些以前粗加工或半精加工中所遗留的材料，对于较小的刀具而言，通过软件就可以确定哪些地方需要增加切削次数。特别是对于小半径转角而言，更是如此。这个目标是为了保证刀具能够以均匀、恒定的裕量进行加工。否则，当刀具过量切削时，将会导致刀具断裂、偏转或缩短刀具的使用寿命。

在需要的地方，该软件也应当具有应用刀具路径策略的智能特性。例如，该软件应当能够自动识别无法切削到的材料，从而采用特别的铣削技术进行加工，譬如槽缝加工中的摆线切削。

图4 对于遗留在圆角处的不需要的材料进行有效的二次加工是该软件对零公差加工提出的一个要求
图5 从上述二次加工刀具路径显示图中可以看出，CAM工具在需要的地方如何自动增加额外的切削轨迹，在最大加工裕量的基础上清除圆角，以保证安全有效的切屑负荷

树立信心

Noxell先生说：“在考虑采用CAM软件进行零公差加工时，最大的一个问题就是树立信心。模具加工车间必须相信，由该软件生成的刀具路径一定能够可靠地切削加工到所需要的裕量条件。从理论上说，可以保证表面不遭受到任何破坏；不会遗留过度或不足的圆角；刀具不会偏转移动；或保证刀具与材料之间能够达到最佳的接触状态。”

编程和机床操作人员都应该具有这样的信心。如果达不到这样的信任度，那么零公差加工或负裕量加工将成为一场噩梦，而不是一个“可以成为现实”的梦想。一定要说服潜在的用户，对这个加工工艺及其编程能力树立起信心，这是Noxell先生在推销软件过程中所面临的主要挑战。在这个方面，他也会向加工客户推销自己车间内的一套加工方案。

Noxell先生指出：“在CAM编程中，还存在另外一方面的信心问题，它会对结果产生影响。没有这种信心，你就无法从事无人化加工生产。无人化加工生产是车间投资零公差加工工艺或负裕量加工工艺的主要目的。”他说，“没有无人化加工，模具加工车间就无法从硬质材料的高速加工中获得丰富的利益。”采用无人化加工的机床不但可以最大程度的降低体力劳动，减少模具生产时间，而且还节省了逐点打磨所需的大量时间。

Noxell先生指出，在他的加工车间内，只要按动周期生产的启动按钮，就可以放心地离开机床，或使其在夜班时从事无人化生产作业。这在SurKut公司是很正常的现象。他说：“我们深知，在刀具路径中应用的加工策略可以保护刀具对圆角切削或对其他各点的粗加工。”同时，激光自动刀具长度监控仪可以自动地检测刀具的断裂、磨损以及主轴热膨胀的情况。SurKut公司每天约有20h采用无人化作业。Noxell先生说：“这是我们跟上工作节奏的惟一方法。”

软件是一种合同

对于许多模具加工车间而言，采用零公差加工工艺是一项主要的技术投资。但也需要添加或更换新的机床设备，而且还需要添置新的刀夹、安装热套工作站、激光刀具监控设备和其他硬件。大部分模具加工车间还必须考虑到CAM编程软件的更新和升级。

Noxell先生对于这项投资做出了重要的评价：“这一切都是在使用普通的技术来消除累计误差。消除这些误差就等于节约了通常模具制造工艺中为消除这些误差所需要花费的大量甚至是全部时间。当您从中看到为消除这些误差而造成的资金的具体流向时，您会觉得购置这款新软件的费用相对较低，尤其考虑到这款软件所起到的关键性作用时更是如此。”

Noxell先生非常希望模具制造商对软件产品进行仔细地比较。他建议在比较软件产品时要严格按照清单或电子数据表进行检查。“你必须搞清楚广告宣传的特性和功能是否符合你所希望的零公差加工要求。同时，产品之间的差异是错综复杂的。”他建议坚持采用客户提供的模型和试件进行试切削演示。

最后，软件的一部分投资可能还要包括新计算机的硬件设备。例如，最近利用新一代双核处理器操作系统对CAM软件进行了重新编写，允许其在PC机系统基础上实现64位处理技术。他说：“在采用这个技术以后，凡是高速加工技术中所涉及的复杂刀具路径计算的处理时间会大幅度下降，其优点是十分明显的。

零公差加工意味着不用对模具几何形状的加工精度进行推测，也不用对所需的技术能力(包括软件)进行推测。

“做好你的课后作业，了解您想要购买的产品”这是Noxell先生最后的也是最好的忠告。

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