基于PowerMILL的刀具路径连接研究

曹著明　张娜　申远

摘要：文章介绍了先进制造业的发展方向及PowerMILL软件的特点。针对PowerMILL2011软件中的刀具路径连接设置，深入分析了“切入切出和连接”对话框中各参数的定义，并对不同种类型连接的刀路进行了对比及优化说明。刀具路径的切入切出及连接在整个加工过程中非常重要，能提高零件的加工效率，能降低零件的表粗糙度值，同时还能有效避免零件加工过程中的欠切和过切现象。

关键词：PowerMILL；刀具路径；切入切出

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）03-0016-03

1 概述

PowerMILL是世界上著名的功能最强大、加工策略最丰富的数控加工编程软件系统之一，同时也是CAM软件技术最具代表性的、增长率最快的加工软件。它是独立运行的、智能化程度最高的三维复杂形体加工CAM系统。对于中国用户来说，PowerMILL的全新中文用户界面、完善的加工策略，能帮助用户产生最佳的加工方案，提高加工效率，减少手工休整，快速产生粗、精加工路径；任何方案的修改和重新计算几乎在瞬间完成，缩短85%的刀具路径计算时间；2.5轴的数控加工包括刀柄、刀夹进行完整的干涉检查与排除；加工实体仿真，方便用户在加工前了解整个加工过程及加工结果，节省加工时间；实体模型全自动处理，实现了粗、精、清根加工编程的自动化。

PowerMILL数控编程的基本步骤主要有：模型输入；毛坯定义；参数设置；刀具路径的产生；刀具路径的仿真；NC程序的生成。其中刀具路径的仿真不是必需的，其他步骤是必不可少的。参数设置主要包括刀具定义、进给率设置、快进高度设置以及加工开始点设置、切入/切出设置、刀轴方向设置等。参数设置的先后次序可以任意调换或者忽略这些步骤而调用默认值。PowerMILL软件的造型功能简单实用，易学易懂，便于操作；加工功能强大，安全高效，中文界面尤其适合中国技术人员操作。PowerMILL的优点是使模具设计加工能够简便高效地实现。本方法尤其适合高级数控操作技术人员，对模具开发要求不是很高，重点是完成模具数控加工的场合。PowerMILL计算刀路的速度比一般编程软件快很多倍，计算刀路快、永不过切这些都是PM更让人喜欢的原因，PM编程是其最大的优点，现在很多企业都用PM来制作特别大的又很复杂的模具，制作起来刀路快。PM的优势在于加工精度、运算速度，特别是对大模的开粗，无废刀，运算速度超快。同一个模型，类似的加工策略，同样的参数，其他软件的计算速度比PM慢，PM的计算速度受精度的影响不大，同一个刀路，用0.01的精度和0.002的精度，计算速度差不多。

2 刀具路径切入切出和连接

如果允许刀具从刀具路径末端开始加工，那么它将首先将下切到残留毛坯深度，然后突然改变方向，沿刀具路径进行切削，这样很容易产生刀痕，同时使刀具发生振动，从而导致刀具和机床的额外磨损。对刀具路径进行适当的切入切出移动设置，可避免刀具负荷的突然改变。刀具路径间的空程移动（连接）会增加大量的额外加工时间，应用适当地连接移动，可极大减少刀具路径间的这种空程移动。切入切出和连接表格可通过点取顶部主工具栏中的图标打开，也可在精加工表格中的相应条目下打开并应用于已有刀具路径。切入切出和连接对话框及缺省刀路如图1所示：

3 切入/切出运动

切入控制刀具在切削路径开始前的运动；切出控制切削路径末端离开刀具路径时的运动。可使用的切入选项有：无、垂直圆弧、水平圆弧、左水平圆弧、右水平圆弧、延伸移动、加框和斜向。切出可使用的选项和切入可使用的选项除没有斜向选项外，其他部分完全相同。如图2所示，切入/切出种类分有：垂直圆弧、相对、掠过和连接运动四种。刀具路径颜色代码分为：紫色：快进掠过进给率G1；浅蓝色：下切进给率G1；绿

色/橙色：切削进给率G1；红色虚线：全速快进G0。

切入切出和连接是刀具路径的有效延伸，因此必须对其进行过切保护处理。为此一定要设置刀具路径切入切出和连接表格中的过切检查选项（缺省设置为已勾取），以免发生过切。点取此选项后，将不产生任何可能导致过切的切入切出。下面以图解方式解释不同的切入切出和连接设置，在此，除非特别指出，过切检查选项始终呈勾取状态。任何情况下，如果第一选择无法实施，系统将自动应用第二选择。如果两种选择均因过切选项的勾取而无法实施，则切入切出将自动重新设置为无。当前的切入切出和连接设置将包含在新产生的加工策略中，也可使用浏览器在策略产生后对激活刀具路径应用切入切出和连接。

3.1 垂直圆弧切入切出

切入切出和连接对话框如图3所示，垂直圆弧切入切出在刀具路径的开始处产生一向下的圆弧运动，在刀具路径的结束处产生一向上的圆弧运动。按缺省设置，在可能出现过切的情况下，将不应用这些运动（勾取了过切检查方框）。选取切入页面，在第一选择中选取垂直圆弧、角度、半径，最后点击表格底部的应用。现在大多数刀路都有一垂直圆弧切入过程。如果需要，可用同样的方法来设置切出移动，反之亦然。使用复制到切出选项可很容易地将这些设置在两者之间进行复制。这样，在不出现过切的刀路时，每条刀路的末端都有一个和切入相似的切出动作。

选取切入页面并在第二选择域选取垂直圆弧、角度并将圆弧半径减少。和前面一样，点击复制到切出按钮，最后点击应用。在不出现过切的情况下，系统首先应用切入切出的第一选择。在应用第一选择可能出现过切的位置，系统应用切入切出的第二选择。在第一选择和第二选择均可能导致过切的区域，将不应用切入切出到该刀具路径区域。

3.2 水平圆弧切入切出

在设置“水平圆弧切入切出”后，将在水平面上产生切入和切出，在此，半径和角度的设置和垂直圆弧相似。这种类型的切入切出最适合于用在一恒定Z高度或是Z高度变化较小的刀具路径上。在“切入切出和链接”对话框中将切入的第一选择改变为水平圆弧，完成角度、半径的设置，然后点击复制到切出按钮，最后点击应用。在该模式下没有必要输入第二选择，因为水平圆弧切入切出已出现在全部的刀具路径中。选取水平圆弧设置后，PowerMILL将根据其他条件自动设置圆弧的方向，同时在计算过程中会顾及过切检查选项。如果由于勾取了过切选项而无法应用指定的切入切出设置，则切入切出路径仍然保持为缺省的垂直切入切出，除非不勾取过切检查选项（不建议这样做）。水平圆弧切入切出刀路如图2（a）所示。

4 延伸及“Z高度”

延伸将在刀具路径段已有的切入切出中插入一段额外的切入切出移动。在切入切出和连接表格中选取延伸页面，向内和向外选项域均选取垂直圆弧、角度、半径5.0。于是全部切入切出移动均增加了一个垂直圆弧延伸，延伸切入切出刀路如图2（b）所示。

掠过距离和下切距离用来控制刀具在零件之上快速移动的高度。通过设置适当的安全Z高度和开始Z高度，可最大限度减小加工过程中刀具低速移动和不必要的空程移动。掠过距离-刀具在模型之上从一条刀具路径末端提刀到下一刀具路径始端进行快速移动的相对高度。刀具在掠过距离所设定的高度之上做快进移动，快速跨过模型，到达下一下切位置。下切距离-工件表面之上的一相对距离，刀具下切到此距离值后将由快进速率下切改变为以下切速率下切。

5 连接

连接运动是从一条刀具路径末端到下一条刀具路径始端之间的运动。为使刀具在跨过零件过程的运动效率更高，我们总是希望相邻刀具路径间的连接运动的高度尽可能低，在不出现过切的情况下，离工件外表越近越好。短/长分界值用于区分长/短连接，任何比此值短的值将被认为是短连接，任何比此值长的连接将会被认为是长连接。短连接可使用的选项有：安全、相对、掠过、在曲面上、阶梯下切、直线、圆形圆弧。长连接有如下选项：安全、相对和掠过。安全连接选项仅用在刀具路径的始端和末端，可使用的选项有安全、相对和掠过。对具有PowerMILL PRO授权的用户，对于允许在快进运动过程中进行修圆处理的机床控制系统，可勾取修圆快速移动方框并选取合适的基于刀具直径单位TDU的半径值，这个选项尤其适合于高速加工。

打开切入切出和连接表格。从主下拉菜单选取工具，重设表格，回到切入切出和连接的缺省设置状态。选取Z高度页面，访问掠过距离和下切距离方框。将“Z高度”选项框中的值设为临时的缺省值。掠过距离是刀具路径间刀具在模型外表之上的一个相对高度。下切距离是刀具以快进速率下降到改变为下切进给速率前的一个相对高度。选取连接页面，访问连接运动选项。

输入长/短分界值A（连接移动距离小于此值间使用短连接选项，大于此值则使用长连接选项），选取短连接为圆形圆弧，长连接为掠过，缺省为安全高度。应用表格，我们可看到刀具路径中有几个相邻刀具路径末端间的距离大于长/短分界值（应用掠过连接的部分）的区域，如图3（a）。改变长/短分界值B（B>A）后再次应用表格，我们可看到增加长/短分界值后，短连接圆形圆弧数显著增加。除当前的圆形圆弧连接外，其余的撤回和下切运动均因为垂直圆弧切入/切出运动而改善。当前的圆形圆弧连接可通过单独选取撤回或下切移动，然后应用切入切出表格来实现，如图3（b）。

6 结语

本文介绍了PowerMILL2011软件中的刀具路径连设置，深入分析“切入切出和连接”对话框中各参数的定义，并对不同种类型连接的刀路进行了对比及优化说明，较充分地说明了如何设置刀具路径中的各参数的定义及作用。刀具路径的切入切出及连接在整个加工过程中非常重要，能提高零件的加工效率，能降低零件的表粗糙度值，同时还能有效避免零件加工过程中的欠切和过切现象。因此，在设置完刀具路径后要优化刀路间的连接及切入切出模式，这样能充分发挥CADCAM软件的作用，提高零件质量。

参考文献

[1] 郭雄华，朱克忆.PowerMill在某车型后底板前

构件检具加工中的应用与研究[J].制造业自动

化，2010，（7）.

[2] 张守军，成丽霞.基于Delcam软件中PowerMILL

加工技术的应用[J].模具制造，2008，（2）.

[3] 谢玉书.基于PowerMILL的高速铣削加工技术

[J].模具制造，2006，（9）.

[4] 王新浩.PowerMILL高速铣削加工技术在模具制造

中的应用[J].电气制造，2010，（4）.

[5] 王新浩.PowerMILL高速铣削加工技术在模具制造

中的应用[J].制造技术与机床，2010，（4）.

作者简介：曹著明（1981—），男，北京电子科技职业学院机械工程学院讲师。

4 延伸及“Z高度”

延伸将在刀具路径段已有的切入切出中插入一段额外的切入切出移动。在切入切出和连接表格中选取延伸页面，向内和向外选项域均选取垂直圆弧、角度、半径5.0。于是全部切入切出移动均增加了一个垂直圆弧延伸，延伸切入切出刀路如图2（b）所示。

掠过距离和下切距离用来控制刀具在零件之上快速移动的高度。通过设置适当的安全Z高度和开始Z高度，可最大限度减小加工过程中刀具低速移动和不必要的空程移动。掠过距离-刀具在模型之上从一条刀具路径末端提刀到下一刀具路径始端进行快速移动的相对高度。刀具在掠过距离所设定的高度之上做快进移动，快速跨过模型，到达下一下切位置。下切距离-工件表面之上的一相对距离，刀具下切到此距离值后将由快进速率下切改变为以下切速率下切。

5 连接

连接运动是从一条刀具路径末端到下一条刀具路径始端之间的运动。为使刀具在跨过零件过程的运动效率更高，我们总是希望相邻刀具路径间的连接运动的高度尽可能低，在不出现过切的情况下，离工件外表越近越好。短/长分界值用于区分长/短连接，任何比此值短的值将被认为是短连接，任何比此值长的连接将会被认为是长连接。短连接可使用的选项有：安全、相对、掠过、在曲面上、阶梯下切、直线、圆形圆弧。长连接有如下选项：安全、相对和掠过。安全连接选项仅用在刀具路径的始端和末端，可使用的选项有安全、相对和掠过。对具有PowerMILL PRO授权的用户，对于允许在快进运动过程中进行修圆处理的机床控制系统，可勾取修圆快速移动方框并选取合适的基于刀具直径单位TDU的半径值，这个选项尤其适合于高速加工。

打开切入切出和连接表格。从主下拉菜单选取工具，重设表格，回到切入切出和连接的缺省设置状态。选取Z高度页面，访问掠过距离和下切距离方框。将“Z高度”选项框中的值设为临时的缺省值。掠过距离是刀具路径间刀具在模型外表之上的一个相对高度。下切距离是刀具以快进速率下降到改变为下切进给速率前的一个相对高度。选取连接页面，访问连接运动选项。

输入长/短分界值A（连接移动距离小于此值间使用短连接选项，大于此值则使用长连接选项），选取短连接为圆形圆弧，长连接为掠过，缺省为安全高度。应用表格，我们可看到刀具路径中有几个相邻刀具路径末端间的距离大于长/短分界值（应用掠过连接的部分）的区域，如图3（a）。改变长/短分界值B（B>A）后再次应用表格，我们可看到增加长/短分界值后，短连接圆形圆弧数显著增加。除当前的圆形圆弧连接外，其余的撤回和下切运动均因为垂直圆弧切入/切出运动而改善。当前的圆形圆弧连接可通过单独选取撤回或下切移动，然后应用切入切出表格来实现，如图3（b）。

6 结语

本文介绍了PowerMILL2011软件中的刀具路径连设置，深入分析“切入切出和连接”对话框中各参数的定义，并对不同种类型连接的刀路进行了对比及优化说明，较充分地说明了如何设置刀具路径中的各参数的定义及作用。刀具路径的切入切出及连接在整个加工过程中非常重要，能提高零件的加工效率，能降低零件的表粗糙度值，同时还能有效避免零件加工过程中的欠切和过切现象。因此，在设置完刀具路径后要优化刀路间的连接及切入切出模式，这样能充分发挥CADCAM软件的作用，提高零件质量。

参考文献

[1] 郭雄华，朱克忆.PowerMill在某车型后底板前

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中的应用[J].电气制造，2010，（4）.

[5] 王新浩.PowerMILL高速铣削加工技术在模具制造

中的应用[J].制造技术与机床，2010，（4）.

作者简介：曹著明（1981—），男，北京电子科技职业学院机械工程学院讲师。

4 延伸及“Z高度”

延伸将在刀具路径段已有的切入切出中插入一段额外的切入切出移动。在切入切出和连接表格中选取延伸页面，向内和向外选项域均选取垂直圆弧、角度、半径5.0。于是全部切入切出移动均增加了一个垂直圆弧延伸，延伸切入切出刀路如图2（b）所示。

掠过距离和下切距离用来控制刀具在零件之上快速移动的高度。通过设置适当的安全Z高度和开始Z高度，可最大限度减小加工过程中刀具低速移动和不必要的空程移动。掠过距离-刀具在模型之上从一条刀具路径末端提刀到下一刀具路径始端进行快速移动的相对高度。刀具在掠过距离所设定的高度之上做快进移动，快速跨过模型，到达下一下切位置。下切距离-工件表面之上的一相对距离，刀具下切到此距离值后将由快进速率下切改变为以下切速率下切。

5 连接

连接运动是从一条刀具路径末端到下一条刀具路径始端之间的运动。为使刀具在跨过零件过程的运动效率更高，我们总是希望相邻刀具路径间的连接运动的高度尽可能低，在不出现过切的情况下，离工件外表越近越好。短/长分界值用于区分长/短连接，任何比此值短的值将被认为是短连接，任何比此值长的连接将会被认为是长连接。短连接可使用的选项有：安全、相对、掠过、在曲面上、阶梯下切、直线、圆形圆弧。长连接有如下选项：安全、相对和掠过。安全连接选项仅用在刀具路径的始端和末端，可使用的选项有安全、相对和掠过。对具有PowerMILL PRO授权的用户，对于允许在快进运动过程中进行修圆处理的机床控制系统，可勾取修圆快速移动方框并选取合适的基于刀具直径单位TDU的半径值，这个选项尤其适合于高速加工。

打开切入切出和连接表格。从主下拉菜单选取工具，重设表格，回到切入切出和连接的缺省设置状态。选取Z高度页面，访问掠过距离和下切距离方框。将“Z高度”选项框中的值设为临时的缺省值。掠过距离是刀具路径间刀具在模型外表之上的一个相对高度。下切距离是刀具以快进速率下降到改变为下切进给速率前的一个相对高度。选取连接页面，访问连接运动选项。

输入长/短分界值A（连接移动距离小于此值间使用短连接选项，大于此值则使用长连接选项），选取短连接为圆形圆弧，长连接为掠过，缺省为安全高度。应用表格，我们可看到刀具路径中有几个相邻刀具路径末端间的距离大于长/短分界值（应用掠过连接的部分）的区域，如图3（a）。改变长/短分界值B（B>A）后再次应用表格，我们可看到增加长/短分界值后，短连接圆形圆弧数显著增加。除当前的圆形圆弧连接外，其余的撤回和下切运动均因为垂直圆弧切入/切出运动而改善。当前的圆形圆弧连接可通过单独选取撤回或下切移动，然后应用切入切出表格来实现，如图3（b）。

6 结语

本文介绍了PowerMILL2011软件中的刀具路径连设置，深入分析“切入切出和连接”对话框中各参数的定义，并对不同种类型连接的刀路进行了对比及优化说明，较充分地说明了如何设置刀具路径中的各参数的定义及作用。刀具路径的切入切出及连接在整个加工过程中非常重要，能提高零件的加工效率，能降低零件的表粗糙度值，同时还能有效避免零件加工过程中的欠切和过切现象。因此，在设置完刀具路径后要优化刀路间的连接及切入切出模式，这样能充分发挥CADCAM软件的作用，提高零件质量。

参考文献

[1] 郭雄华，朱克忆.PowerMill在某车型后底板前

构件检具加工中的应用与研究[J].制造业自动

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[2] 张守军，成丽霞.基于Delcam软件中PowerMILL

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[3] 谢玉书.基于PowerMILL的高速铣削加工技术

[J].模具制造，2006，（9）.

[4] 王新浩.PowerMILL高速铣削加工技术在模具制造

中的应用[J].电气制造，2010，（4）.

[5] 王新浩.PowerMILL高速铣削加工技术在模具制造

中的应用[J].制造技术与机床，2010，（4）.

作者简介：曹著明（1981—），男，北京电子科技职业学院机械工程学院讲师。