CAM 的意思是計算機輔助制造，也就是使用這樣的“軟件”，配合上好的機床和刀具系統，高速和高效地加工出合適的零件。使用好 CAM 實際上比使用好所謂 CAD (計算機輔助設計)在對于人的素質方面會要求更高。使用 CAD 的軟件時只要有一臺個人電腦就行，而對于 CAM 來說，操作者不但需要具備電腦知識而且需要具備工藝知識、加工經驗，了解加工母機的性能、了解裝夾零件的要求、了解測量和檢測、了解刀具性能 … 對于 CAD 系統來說，一旦設計錯誤(指的是尚未提交加工制造前)，可以完全推倒重來或進行某些局部的修改和調整，損失的只是時間;對于 CAM 來說，如果在加工時一旦發生錯誤，損失的不僅僅是時間，還會有毛坯的報廢、刀具系統甚至是機床母機的損壞。一個真正意義上的好的 CAM 軟件，不但需要從計算機應用角度上的“易學易用”、從生產加工工藝要求角度上的“多種加工策略”，還要有從安全角度上具備各種“碰撞干涉和預測檢查”功能，使尚未開始進行一個零件加工走刀時，整個“加工系統” - 這里包括機床、刀具、裝夾、加工刀路、毛坯、檢測裝置等 - 處于完全“一致”的狀態，這樣才能保證加工出來的零件符合要求。

　　機械 CAM 方面的軟件涉及了加工制造的方方面面，從工作母機上分，有車銑刨磨到電火花、激光加工等;從加工類型上分，有成品零件加工和模具加工等;從工藝上分，有粗、半精和精加工等。一個 CAM 的軟件絕對不能涵蓋以上所有的要求。在下面，筆者希望通過從“高速加工對 CAM 軟件的要求”這個角度出發，探討一下一個優秀的數控編程 CAM 系統是應該如何“匹配”高速機床以及刀具系統的功能，使其能“最大限度地發揮”加工效能的。也就是“如何選擇最好的(高速銑加工) CAM 軟件”。

　　“高速加工”的定義：

　　• 高速加工并不是使用更高的主軸轉速和更快的機床進給來加工原來的刀路;

　　• 高速加工是小切削恒定負荷，快速走刀;

　　• 高速加工是充分發揮高速機床和刀具的切削效率;

　　其次從高速加工的特征上來分析：

　　• 高速加工需要使用非常高的刀尖切削線速率，主要來自主軸轉速和刀具尺寸;

　　• 高速加工需要更多的加工工序，即每次切削的深度都相對的淺，

　　• 高速加工可直接加工淬火材料;

　　• 高速加工需要恒定的機床負載 / 恒定的材料去除率;

　　• 高速加工時應避免尖角運動;

　　再從加工工序上比較傳統的方法：

　　以加工模具為例，高速加工一般只需要 5 道工序，即毛坯淬火處理、粗加工、精加工、超精加工和局部拋光;而傳統加工則需要 8 道以上的工序，即毛坯退火、粗加工、半精加工、淬火處理、電極加工、電加工、局部精加工和人工拋光。就僅僅以精加工而言，盡管采取了非常小的切深，高速加工時材料去除的速度應為傳統加工的 4 倍以上，這樣提高了加工的速度，并且省去了鉗工手工打磨的時間，且工件表面加工質量的提高還省掉了修光和點火花等工序的時間。

　　我們從另一個角度來看看哪些因素會影響高速加工。首先是高速加工的“載體” - 機床。高速機床加工的效果主要取決于機床自身的加工性能，包括機床的剛性、平衡性和內在精度。針對不同的加工要求，要適當地選擇機床加工場地的大小、具有高速及預處理能力(向前看)的數控系統、保證低速的高扭矩和高速的切削力的機床主軸、座標軸的驅動裝置、導軌設計、冷卻處理技術和精密位置測量技術等，還要根據被加工工件的體積、硬度、幾何形狀以及排屑量等情況，適當選擇加工軸的數量，使加工過程中機床一直保持著優良的動態性能和穩定性。即使在同一個車間里，加工一個零件所需的機床軸數相同，也仍要根據不同的需要選擇相應的機床進行加工。

　　對于高速加工時刀具的選擇上也大有文章所做。一般來說，刀具以及刀夾的加速度都要達到 3G 以上，刀具的徑向跳動要小于 0.015 毫米，而刀的長度不能大于 4 倍的刀具直徑。根據著名的瑞典刀具供應商 SANDIVK 公司的實際統計，在使用碳氮化鈦涂層的整體硬質合金立銑刀( 58 HRC )進行高速加工銑時，粗加工時的刀具線速度為約每分鐘 100 米，而精加工和超精加工時，其線速度超過了每分鐘 280 米。這樣對刀具的材料(包括硬度、韌性、紅硬性(高溫狀態下保持切削性能))，刀具的形狀(包括排屑性能、表面精度、動平衡性等)以及刀具壽命都有很高的要求。

　　有了“高技術”的機床(高主軸轉速和高進給率)和高速刀具系統，人們就要更加關注高速加工時使用的加工方法或工藝，來保證零件加工表面質量和減少加工時間。例如對自由曲面的加工，要保證盡可能長時間地連續運動，以便在整個軌跡上進行高速加工;對于平坦面零件的銑加工，需要有專用粗 / 精加工策略，能夠完成從毛坯外進刀并使用坐標面來保證 5 軸加工面的定位;對于航空工業中對鋁合金類薄壁零件的加工，需要充分考慮小切深且切削力比較小，這樣，工件在加工中才不會變形，還有較高的切削效率等等。

　　高速加工有著與傳統加工不一樣的工藝要求。數控加工的指令應該包含了所有的工藝過程，因此，用于高速加工的 CAM 數控自動編程系統需要有其特殊的功能考慮。那么一個這樣的優秀編程系統是應該如何“滿足”和“配合”機床以及刀具系統，按照高速加工的“工藝規律”，來最大化地完成加工任務呢?筆者有以下幾點粗淺的認識。

　　1. CAM 系統應該具有高計算量的編程速度：

　　高速加工中采用極小的進給量和切深，單步量大，故數控程序比傳統的程序要大得多，沒有很高的運算處理能力是無法配合機床運動以及數控系統的執行速度的。快的編程速度使操作人員能夠對多種加工策略進行比較，采取適當的工藝方法，對刀具軌跡進行編輯、調整和優化，以達到最佳的加工效率。

　　2. CAM 系統應該具有全程自動防過切處理能力及自動刀具干涉檢查：

　　超過傳統加工 10 倍以上切削速度的高速加工，如果發生過切，則后果不堪設想。所以一個 CAM 系統必須具有全程自動防過切處理能力。傳統的 CAM 系統只對局部的加工編程時，沒有考慮整個工件的情況，這樣極其容易發生過切現象。當過切發生時，只是靠人工的選擇干預的方法來防止，很難保證全局防護的安全性。另外，高速加工的重要特征之一是能夠使用較小直徑的刀具來加工零件的細部結構， CAM 系統必須能夠自動地提示最短刀具系統(含刀頭、刀柄和刀夾)的長度，自動進行刀具干涉檢查。

　　3. CAM 系統應該具有進給率優化處理功能：

　　為了能夠確保最大的切削效率又要保證在高速切削時加工的安全性， CAM 系統必須有能夠根據加工時余量的大小，自動調整進給率，保證加工刀具受力狀態的平穩性。

　　4. CAM 系統應該具有豐富的符合高速加工要求的加工策略：

　　相比傳統加工方式，高速加工對工藝走刀方式有其特殊的機能要求，因而要求相配備的 CAM 系統能夠滿足這些要求。

　　1) 應避免走刀時刀具軌跡的突然變化，保持加工過程中刀具軌跡的平穩和連續性，避免突然的加速或減速，導致因局部過切而造成刀具和設備的損壞;

　　2) 下刀或刀行間過渡部分采用斜式下刀或圓弧下刀，避免直上直下下刀。當 刀具與被加工曲面成 90 o時，意味著刀具的刃口只有很少一部分在工作，這樣，刀具的使用壽命大大縮短了。同時，在給定轉速下時，刀具的刀尖相比全刀寬切削時移動較短的距離，導致材料去除率也降低;

　　3) 行切的端點采用圓弧連接，避免直線連接;

　　4) 除非必須使用，應盡量避免全刀寬切削;

　　5) 殘余量加工或清跟加工時，應采用多次加工或采用系列刀具從大到小分次加工，避免用小刀一次加工完成;

　　6) 為了避免多余的空刀造成重復計算，對 CAM 系統的刀具軌跡編輯優化功能要求很高，通過這些功能對刀具軌跡進行鏡像、復制、旋轉等操作，還可以精確裁減空刀數量以提高效率。此外，還可以對零件的局部變化進行編程和計算，無須每一次都對整個模型重新編程。

　　5. CAM 系統應該具有嶄新的編程方式：

　　雖然采用高速加工設備后，對編程人員的需求量增加，但是 CAM 系統的使用將是越來越簡單和方便化，應更貼近于車間加工操作人員，而不是更多地依靠技術工程師坐在設計中心的大樓里編寫“理論”程序。隨著 CAM 技術智能化水平提高，出現了新一代獨立運行的 CAM 專業系統，面向對象是實體加工方式而非傳統的曲面局部加工方式，編程人員只需輸入加工工藝就可以完成自動化的編程操作，程序編制的復雜程度與零件的復雜程度無關，只與加工工藝有關，故非常易于掌握和學習。

　　英國 Delcam 公司是全球著名的 CAD/CAM 軟件產品的開發商和供應商，它旗下的數控編程系統 PowerMILL 是眾所周知的獨立運行的 CAM 軟件，除了可以完全無縫連接地接受 Delcam 公司的 CAD 系統( PowerSHAPE )的數據以外，它還可以利用 Delcam Exchange ( Delcam 公司的數據轉換軟件)，或通過 IGES 、 VDA 、 STL 和多種不同的專業直接接口接受來自任何 CAD 系統的數據。 PowerMILL 功能強大、易學易用，可以快速準確地產生能最大限度發揮 CNC 高速加工機床生產效率的、無過切的粗加工和精加工刀具路徑，確保生產出高質量的零件和產品。由于篇幅的關系，在這里無法完整地敘述 PowerMILL 的各種功能，本文只是從加工工藝的角度出發，簡單列舉幾個 PowerMILL 所具備的高速加工工藝策略，看看它是如何保證最大化發揮機床、刀具和數控系統功能和加工效率的。

　　1. 高效區域加工策略：

　　PowerMILL 的這種加工方法的基本點是盡可能地保證刀具負荷的穩定，盡量減少切削方向的突然變化。為了實現上述目標， PowerMILL 在區域清除加工中用偏置加工策略取代了傳統的平行加工策略。

　　2. 賽車線加工：

　　這是 Delcam 擁有專利權的加工策略。在此策略中，隨刀具路徑切離主形體，初加工刀路將變得越來越平滑，這樣可以避免道路突然轉向，從而降低機床負荷，減少刀具磨損，實現高速加工。

　　3. 擺線加工：

　　這是 PowerMILL 的另一種全新的加工方式。這種加工方式以圓形移動方式沿指定路徑運動，逐漸切除毛坯中的材料，從而避免刀具的全刀寬切削。這種方法可以自動調整刀具路徑，以保證安全有效的加工。

　　4. 自動擺線加工：

　　它組合了偏置加工策略和擺線加工策略。在需要切削大量材料的地方自動使用擺線加工策略，而在其它情況下使用偏置加工策略，避免了使用傳統偏置加工策略中可能出現的高切削負荷。

　　5. 殘留粗加工：

　　PowerMILL 引入了殘留模型的概念，可以極大地加快計算速度，提高加工精度并確保每把刀具都能進行最高效率的切削。這種方法尤其適用于需要使用多把尺寸減少的刀具進行切削的零件。

　　6. 高速精加工：

　　PowerMILL 提供了諸如三維偏置、等高精加工和最佳等高精加工、螺旋等高精加工等策略，這些加工策略可以保證切削過程光順、穩定，確保能快速切除工件上的材料，得到高精度、光滑的切削表面。

　　7. 變余量加工：

　　PowerMILL 提供的這種加工策略可以分別為加工工件設置軸向余量和徑向余量，尤其適用于類似平底型腔零件這樣具有垂直角的工件。在航空工業中加工這類零件時，通常使用初加工策略加工出型腔底部，留下垂直的薄壁供后續工序加工。

　　8. 側刃( SWARF )加工：

　　這種技術使用刀具的側刃而不使用刀尖進行加工，因此可以得到更加光滑的加工表面。它廣泛地應用在復合零件和鈑金零件的精加工上，也可以用在加工航空航天工業的復雜的型腔零件。

　　除了以上各種高速加工策略以外， PowerMILL 還支持諸如固定 5 軸和連續 5 軸高速加工方法，包括曲面投影加工、驅動曲面加工、銑槽加工、多軸鉆孔等。在最大發揮刀具性能的要求下，提供刀具路徑的修園功能、刀具路徑編輯、刀具夾持碰撞檢查等加工方法，支持包括球頭刀、端銑刀、鍵端銑刀、錐度端銑刀、圓角偏心端銑刀和刀尖圓角端銑刀在內的全部刀具類型。使用刀尖圓角端銑刀還可以加工倒勾型面。