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基础教程•引言•PowerMILL软件界面与基本操作•数控编程基础知识•PowerMILL数控编程功能详解目•典型零件数控编程实例分析•课程总结与展望录引言02030401课程目的与背景掌握PowerMILL 数控编程的基本概念和原理熟悉PowerMILL 软件的操作界面和基本功能了解数控编程在制造业中的重要性和应用提高学员的数控编程技能和实际操作能力PowerMILL软件简介PowerMILL是一款专业的数控编程软件，广泛应用于制造业领域PowerMILL支持多种件格式导入，方便用户进行模型处理和编程01数控编程是指使用计算机编程语言描述零件的加工过程，生成数控程序的过程02数控程序是一系列指令的集合，用于控制机床按照预定的加工路径进行切削03数控编程涉及的基本概念包括坐标系、刀具、切削参数、加工策略等04掌握这些基本概念是学好PowerMILL 数控编程的基础数控编程基本概念PowerMILL软件界面与基本操作软件界面介绍主界面菜单栏工具栏绘图区输出NC 程序将刀具路径输出为用于数控机床加工。
使用模拟命令对创建的刀具路径进行模拟加工，检查是否存在问题。
创建刀具路径根据加工需求选择合适的加工策略，创建刀具路径。
新建项目选择文件菜单中的新建命令，项目。
导入模型基本操作流程PowerMILL 支持多种文件格式，用户可以使用打开、保存、另存为等命令对文件进行管理。
文件管理系统设置刀具库管理自定义快捷键用户可以在系统设置中设置软件界面语言、单位、精度等参数，以满足不同的使用需求。
PowerMILL 提供丰富的刀具库，用户可以在刀具库中添加、编辑、删除刀具，以满足不同的加工需求。
用户可以根据自己的使用习惯自定义快捷键，提高操作效率。
文件管理与设置数控编程基础知识数控编程原理及特点数控编程原理数控编程特点高精度、高效率、高自动化、高柔性。
数控机床坐标系与运动控制数控机床坐标系运动控制刀具选择与切削参数设置刀具选择根据加工要求选择合适的刀具类型、材质和几何参数。
一、PowerMILL加工编程步骤1.载入模型PowerMILL可利用PowerSHAPE直接造型或通过PS-Exchange模块读入多种常用主流CAD文件，充分利用各种软件的优势，从而大大提高编程的效率和质量。
2.参数设定(1)坐标系的设定建立加工坐标系一般根据以下原则：一般取工作坐标系为加工坐标系;坐标原点要定在有利于测量和快速准确对到的位置;根据机床坐标系和零件在机床上的位置确定加工坐标轴的方向。
为了符合加工习惯，利用摆正器将零件上表面中心作为坐标系原点摆放工件，Z方向也可根据情况设置在工件的最高处或最低处。
(2)毛坯大小的设定。
在PowerMILL中，毛坯扩展值的设定很重要。
如果该值设得过大将增大程序的计算量，增加了编程的时间，如果设的过小，程序将以毛坯的大小为极限进行计算，这样很可能有的型面加工不到位或者在开始实际加工时出现干涉，所以毛坯扩展的设定一般根据实际毛坯大小设定并稍大于加工刀具的半径，同时还要考虑它的余量。
(3)加工参数设定进给率的设定、进给高度的设定、开始点与结束点的设定、切入切出和连接方式的设定和刀具的设定根据具体的加工工序及加工策略而定。
其中设定刀具时最好将刀具名称与刀具尺寸联系起来，如名称为D6R2的刀代表刀具直径为6，圆角半径为2的圆角刀。
这样命名有利于编程时对刀具的选用和检查。
3.工艺分析及编制确定哪些特征能在一次装夹中完成，并安排加工顺序及使用的刀具，最后确定使用何种加工方式来完成。
选择加工方式后，需要定义加工范围及加工参数。
定义完参数后，由软件完成刀具运动轨迹的计算，并可进行加工仿真。
如刀具轨迹不理想，可修改参数并重新进行计算或者直接对刀具轨迹进行编辑。
4.仿真及后置处理生成所有刀具轨迹后可调入机床文件进行仿真，并通过专用后置处理程序将其转换为加工G代码。
二、PowerMILL高速加工策略PowerMILL可实现对各种数控加工轨迹的生成、编辑及后置处理，同时还可对生成的加工轨迹进行仿真与校验，以保证生成的数控加工程序准确无误。
powermill教程02-加⼯设置2. 加⼯设置产⽣⼑具路径前的准备⼯作下⾯概括了产⽣⼑具路径前需进⾏的⼀些基本设置步骤。
实际产⽣⼑具路径前，最好是尽可能多地花⼀点时间仔细研究模型，以对加⼯模型有⼀个全⾯了解。
PowerMILL提供了专门的测量⼯具来测量模型中间隙和内部半径。
也可使⽤系统所提供的多种阴影⽅法快速、直观地获取有关模型最⼩半径和拔模⾓的信息。
如果输⼊的模型⽅向不对，则可使⽤PowerMILL提供的移动和旋转⼯具来重新定向模型，使其位于正确的位置。
随后的章节中将会介绍上述的⼀些⽅法。
下⾯列出了在使⽤PowerMILL产⽣任何⼑具路径前需进⾏的⼀些基本准备⼯作以及应基本遵循的准备⼯作次序。
1.装载模型到 PowerMILL2. 查看模型3. 如果需要，绕激活⽤户坐标系定位模型4. 获取模型信息，如：最⼩半径，拔模⾓等5. 测量模型6. 定义⽑坯7. 定义切削⼑具8. 设置进给率和主轴转速9. 设置快进⾼度10. 设置⼑具开始点11. 保存项⽬1. 装载模型到 PowerMILLPowerMILL提供了多个范例模型，这些范例模型保存在⽬录Examples下。
通常通过选取⽂件 > 输⼊模型选项来将模型输⼊到PowerMILL。
选取⽂件 ->范例。
PowerMILL可接受多种类型的模型。
点取对话视窗中的⽂件类型下拉列表可将所需类型的⽂件显⽰在对话视窗中。
选取⽂件speaker_core.dgk，打开模型。
从右⼿边的查看⼯具栏中点击全屏重画图标。
于是模型显⽰在 PowerMILL图形视窗中，其查看⽅向为沿Z轴向下查看。
如果不改变模型的⽅向，则这个⽅向也就是模型置于机床⼯作台加⼯的⽅向，也即模型的最长边沿Y轴⽅向。
2. 查看模型打开模型后最好从各个不同的⾓度查看模型，这样可对模型有⼀清楚的了解，知道其尺⼨和特征。
选取等轴查看 13. 使⽤⽤户坐标系定向模型我们需旋转模型，使其较低的长边和机床的正⾯对齐，也即沿X 轴。
2. 加工设置详解产生刀具路径前的准备工作在上一节产生刀具路径的过程中，我们在可能的情况下都是使用的系统缺省设置值。
下面我们就来更详细地介绍加工编程过程。
将重点介绍：直接访问常用文件设置定向加工工件模型特征细节检查刀具和夹持定义毛坯定义设置安全Z高度直接访问常用文件夹设置可通过从顶部下拉菜单选取文件>输入模型选项来输入模型。
PowerMILL提供了多个范例模型，这些范例模型位于缺省目录Examples中，通过输入模型表格中的图标可访问该目录。
也可使用输入模型表格中的用户可定义按钮和快速访问常用的模型。
∙从主下拉菜单选取工具–自定义路径。
∙选取文件对话视窗按钮1，随后选取增加路径到列表顶部图标，然后浏览查看：D:\users\training\PowerMILL_Data\Models。
∙重复最后一步，但这次设置文件对话视窗按钮2，使它可直接访问：D:\users\training \PowerMILL_Data。
注：PowerMILL_Data目录位置和用户安装有关，不同用户可能安装在不同位置，上面的目录位置仅供参考。
装载模型到PowerMILL∙从主下拉菜单选取文件–输入模型。
∙使用快捷键按钮 1或浏览查看D:\users\training\PowerMILL_Data\Models注：PowerMILL可接受多种类型的模型。
点取对话视窗中的文件类型下拉列表可将所需类型的文件显示在对话视窗中。
∙选取文件speaker_core.dgk，打开模型。
∙从图形视窗右手边的查看工具栏中选取从顶部查看，然后选取全屏重画图标。
于是模型显示在PowerMILL图形视窗中（如图所示），其查看方向为沿Z轴向下查看，其X轴从左到右，Y轴从下到上。
多数情况下，机床工作台的X方向尺寸要大于Y方向尺寸，因此输入模型部件的长边可能会超过工作台的Y方向行程距离限界。
在这种情况下我们必须使零件的最长边沿X轴以保证零件位于工作台的工作界限行程之内。
PowerMILL整体加工的例子1 ：第一步：装载模型，点击图标（打开模型）把模型输入到PowerMILL2 ：第二步：首先定义毛坯或原材料尺寸（参考培训材料十四章Complex-block）（1）按照模型的特征定义一个方形的毛坯∙点击毛坯图标，于是一个下图所示的空的毛坯表格出现在屏幕上。
∙点击计算按钮，于是表格中的最大限和最小限域即被自动填充。
∙将最小Z改为–3，最大Z改为 45 (如下图的25)。
∙接受表格，于是模型四周被一蓝色方框所框住，此方框标识出毛坯的限界。
∙拖动透明度可看到实体毛坯的形状如点击图标成锁住形状，再扩展尺寸或修改尺寸则锁住的尺寸不变3 ：定义刀具类型和尺寸下面来定义将使用的刀具。
∙点取左下角刀具图标。
于是即选取一端铣刀。
∙设置刀具类型为端铣刀，直径为20，长度为50，刀具编号为1。
∙接受表格。
于是刀具即显示在屏幕上。
4 ：设置进给率（可以事先定义，也可后编辑）下面来刀具移动的进给率。
∙点取进给率图标。
∙在此练习中我们使用缺省设置。
因此点取接受。
5 ：定义快进高度下面定义刀具在毛坯之上移动的安全Z高度和开始Z高度。
∙选取快进高度图标。
∙点取按安全高度重设按钮。
∙点取接受。
6 ：定义刀具基准点设置刀具原点或基准点位置。
∙点取刀具基准点图标。
∙按下图数据改变刀具基准点。
∙点取接受。
∙这样刀具即位于新的初始点位置。
注释：定义完加工所需要的参数后，然后选择加工策略，在实现每个加工策略前，上面的定义的参数如果没有更改，则不需要重新定义。
例如只有刀具更改了，那只需要定义刀具，其它的参数则不需要重新定义7. 产生区域清除加工策略在 PowerMILL 中，我们称粗加工为区域清除。
产生区域清除刀具路径需：∙产生Z高度。
∙定义策略。
∙选取值。
产生Z高度Z高度是在一定Z轴高度上的一些平面，区域清除刀具路径将在这些平面上产生。
可使用多种方法来定义Z高度，但在此范例中，将在毛坯中每隔3mm定义一Z高度。
一、PowerMILL加工编程步骤
1.载入模型
PowerMILL可利用PowerSHAPE直接造型或通过PS-Exchange模块读入多种常用主流CAD文件，充分利用各种软件的优势，从而大大提高编程的效率和质量。
2.参数设定
(1)坐标系的设定
建立加工坐标系一般根据以下原则：一般取工作坐标系为加工坐标系;坐标原点要定在有利于测量和快速准确对到的位置;根据机床坐标系和零件在机床上的位置确定加工坐标轴的方向。
为了符合加工习惯，利用摆正器将零件上表面中心作为坐标系原点摆放工件，Z方向也可根据情况设置在工件的最高处或最低处。
(2)毛坯大小的设定。
在PowerMILL中，毛坯扩展值的设定很重要。
如果该值设得过大将增大程序的计算量，增加了编程的时间，如果设的过小，程序将以毛坯的大小为极限进行计算，这样很可能有的型面加工不到位或者在开始实际加工时出现干涉，所以毛坯扩展的设定一般根据实际毛坯大小设定并稍大于加工刀具的半径，同时还要考虑它的余量。
(3)加工参数设定
进给率的设定、进给高度的设定、开始点与结束点的设定、切入切出和连接方式的设定和刀具的设定根据具体的加工工序及加工策略而定。
其中设定刀具时最好将刀具名称与刀具尺寸联系起来，如名称为D6R2的刀代表刀具直径为6，圆角半径为2的圆角刀。
这样命名有利于编程时对刀具的选用和检查。
3.工艺分析及编制
确定哪些特征能在一次装夹中完成，并安排加工顺序及使用的刀具，最后确定使用何种加工方式来完成。
选择加工方式后，需要定义加工范围及加工参数。
定义完参数后，由软件完成刀具运动轨迹的计算，并可进行加工仿真。
如刀具轨迹不理想，可修改参数并重新进行计算或者直接对刀具轨迹进行编辑。
4.仿真及后置处理
生成所有刀具轨迹后可调入机床文件进行仿真，并通过专用后置处理程序将其转换为加工G代码。
二、PowerMILL高速加工策略
PowerMILL可实现对各种数控加工轨迹的生成、编辑及后置处理，同时还可对生成的加工轨迹进行仿真与校验，以保证生成的数控加工程序准确无误。
在模具加工中，从规则形
状毛坯到精整处理前的零件加工，铣削加工工艺一般可分为粗加工、半精加工、精加工和清角加工4种工序。
1.粗加工策略
粗加工的主要目标追求单位时间内的材料去除率，使后续半精加工或精加工余量均匀，并保证粗加工刀路的平稳、高效。
由于轮廓区域清除铣削方式具有高效的环绕切削走刀及进刀设置，同时具有层间补刀功能，因此是最常用的粗加工方式。
其下切或行间过渡部分应采用斜式下刀或圆弧下刀，并尽量采取顺铣的加工方式，刀具路径的尖角处要采用圆角的光顺处理以保证刀具负荷稳定，减少切削力的突然变化。
若选中限制刀具过载选项，软件的智能余量识别功能可在大加工量、全刀宽、拐角等区域自动判定采用摆线加工，即刀具沿着具有一定半径的曲线运动，以圆弧运动方式逐次去除材料，对零件表面进行高速小切深加工，可有效避免刀具以全刀宽切入工件的方式生成刀具路径，使机床在整个加工过程中保持连续的进给速度，从而符合高速加工要求，延长刀具寿命。
即粗加工中尽量采用以下加工策略：尽量采用从工件的中心开始向外加工的偏置加工策略，以减少全刀宽切削;在刀具易出现过载的区域采用摆线加工，如图1所示，可提高加工效率，延长刀具寿命，减少对机床的冲击。
为了最大化地消除刀具路径中的尖角拐角，采用赛车线加工(Delcam的专利高速加工方式)，如图2所示，以保持恒定的刀具负荷和排屑率，使得刀具负荷更加稳定，改善加工质量。
图1 摆线加工
图2 赛车线加工
2.半精加工策略
半精加工的目标是使工件轮廓形状平整，表面加工余量均匀，为精加工的高速铣削作准备[2]。
作为基于知识的加工软件，PowerMILL能自动识别上一道工序的残留区域和拐角区域，自动判别在上一道工序残留的台阶间进行切削，系统可智能化地优化刀具路径，尽可能使余量保持均匀，避免出现大量空刀，使刀具的切削载荷更平稳，刀具轨迹更流畅。
3.精加工策略
精加工的目标是加工出满足零件的设计要求的最佳表面质量和轮廓精度。
PowerMILL 提供了多种精加工工序来支持不同的精加工方式，如三维偏置精加工、等高精加工、最佳等高精加工、平行精加工等。
选用加工策略一般有以下原则：优化平行加工，在刀具路径的尖角处采用圆角的光顺处理，可显著提高加工效率，延长刀具的寿命，减少对机床的冲击;螺旋3D偏置加工，避免了平行加工策略和偏置加工策略中出现的频繁方向的突然改变，从而提高加工速度，减少刀具磨损;最佳等高加工，PowerMILL系统会自动利用区域分析算法对陡峭和平坦区域分别处理，计算适合等高及适合使用类似3D偏置的区域，并且同时可以使用螺旋方式，在很少抬刀的情况下生成优化的刀具路径，获得更好的表面质量。
4.清角加工
精加工完成后的局部清角加工也相当重要。
PowerMILL有多种清角方式，常使用自动清角(Corner Automatic Finishing)加工方式，系统会利用区域余率分析算法，自动对陡峭或平坦区域分别进行处理[3]，并根据加工工艺，在陡峭拐角处采用等高方式生成刀具路径，在平坦区域沿着刀具路径并沿根方向全自动地从外向内往复加工，以确保余量均匀，保证刀具路径平滑，切削载荷均匀。
三、走刀路径的优化
高速加工的刀具路径优化的目标是满足无干涉、无碰撞、轨迹光滑和切削载荷平稳;同时应保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。
PowerMILL的刀具路径优化主要从进退刀方式、移刀方式和拐角走刀等几方面进行。
四、实际应用
加工如图3所示的凸模，毛坯的外形尺寸为400mm×250mm×240mm，根据模具的结构特点，工序分为粗加工、半精加工、精加工、清角加工4个工序。
图3 凸模
粗加工用轮廓区域清除加工方式，刀具采用圆鼻刀D30R5mm，螺旋下刀，勾选高速加工选项，避免加工方向突变导致刀具载荷的几句变化，切削参数：进给速度为6000mm/min、切削深度为2mm、主轴转速为4000r/min、加工余量为0.8mm。
粗加工后的工件上存在台阶面，半精加工采用等高精加工方式，如图4所示，采用刀具D20R0.4mm圆鼻刀，勾选修圆和螺旋，减少抬刀并使刀路顺滑，切削参数：进给速度为4800mm/min，切削深度为0.3mm，主轴转速为12000r/min，加工余量为0.3mm。
图4 半精加工刀具路径
精加工考虑到零件表面有曲面和平面，所以分开进行加工。
其中如图5、图6所示的直纹面采用SWARF精加工。
使用直径为12mm，刀尖半径为1mm的圆角刀(D12R1)，选取下图阴影部分进行SWARF加工的曲面。
图5 SWARF加工面
图6 SWARF刀具路径
将刀轴设为自动。
Z高度的掠过距离20mm下切距离5mm，切入切出设置为水平圆弧(角度90°，半径6mm)，短/长/安全连接设为掠过，驱动曲线选择曲面外侧，方向顺铣，不留余量。
复制原始的单条路径的SWARF精加工刀具路径，使用D10mm端铣刀并对齐与侧壁上凹陷处下部产生一新的刀具路径，如图7、图8所示。
图7 SWARF加工区域
图8 SWARF刀具路径
然后使用D16R0.4mm球刀以最佳等高精加工加工其余部分，并用残留高度控制下切步距，短连接设置在曲面上，以减少抬刀。
切削参数为：进给速度为2000mm/min，残留高度为0.1mm，主轴转速为10000r/min，加工余量为0.5。
精加工后，在底部及圆角处会有残余材料未被加工，因此需要清角工序。
利用PowerMILL的测量功能测出工件的最小R角为11mm，据此选用D10球头铣刀，按多笔清角加工方式进行清角加工。
如图9所示。
图9 多笔清角刀具路径
在编程时，通过软件进行刀具夹持碰撞检查，以免加工时发生意外。
将生成的所有刀具路径加载到同一条NC程序中，最后通过仿真模拟，在计算机上模拟刀具运动，以防止走刀错误和不合理走刀，如图10、图11所示。
图10 仿真结果
图11 调用双摆头机床文件仿真
后置处理时先产生一空的NC程序，将生成的六个刀具路径添加到刚产生的NC程序1中，如图12所示。
在NC程序1中右击点击设置，出现如图13所示对话框，选择程序名称、输出文件及机床选项文件(即后处理文件)，然后在NC程序1右击点击“写入”即可在所设置的输出文件目录下产生机床加工所需的G代码。
图12 加载刀具路径至NC程序
图13 设置后处理选项
五、结束语
高速加工NC编程所生成的刀具路径是影响模具加工质量的主要因素，因此，应根据高速加工的具体需要，优选加工方法和刀具走刀方式，可使模具产品的加工实现高质量、高效率、高寿命、低工期和低成本的目标。
