CAM编程：释放机床潜能的关键

机器人学与机电一体化研究所位于奥伯普法芬霍芬的德国航空航天中心（DLR）园区内。这里的研究团队和学生致力于研发机器人手臂、机械手和抓取器。他们开发多臂系统以及移动平台可用于探索其他行星、彗星和小行星，并采集土壤样本。特别令人印象深刻的是高度自主的飞行与行走机器人以及人形机器人。

高自主深度的制造能力

“我们基于具体项目进行基础研究，通常是与工业伙伴合作，有时也独立进行。” DLR的机械师Michael Dreer解释道。除了机器人运动学之外，DLR还开发系统组件，如紧凑型电机、图像处理系统、操作设备和软件。

“不只是开发，”Dreer强调说，“我们这里拥有极高的制造自主深度，机器人上所有要求严苛的部件都是我们自己制造的。”

Dreer与他的6位同事共同负责研究所内的全部机械制造任务。正如Dreer所提到的，这项工作需要与设计人员在早期就进行紧密合作：“我们的部件中，电子与机械系统高度集成于极其狭小的空间内。每个部件在具备所有复杂性的同时，其设计也必须确保能够合理制造。”

每位制造专家负责一个部件工艺链的全程：从工具和材料订购、编程，到切削加工，直至最终的质量检测。

Michael Dreer表示：“面向实际应用的CAD/CAM软件hyperMILL以其强大的技术实力和集成的资深切削加工专家知识见长。”

Dreer已在DLR工作近30年，期间亲历了机器人技术的重大进步：“特别是在轻量化结构领域，不断出现的创新对我们的制造技术也提出了更高的要求。”

为跟上发展步伐，DLR在几年前投资购置了多台五轴加工中心和数台车铣复合加工中心。尤其是五轴加工的应用，使得CAD/CAM设备的升级也成为必要。

“我们亟需一款CAM软件，它必须能够与所有CAD系统进行数据交换，支持同步多轴和车铣复合加工，并提供高工艺可靠性。”Dreer解释道。

在寻找具备未来潜力的CAM系统过程中，hyperMILL了焦点。机械制造部门组长Harald Wagner表示：“这款软件非常贴近生产实际，并提供强大的技术功能。”

五轴加工成为标准

hyperMILL快速、轻松编程的功能，是DLR选择它的一个重要理由。因为DLR机器人的外部结构具有球形3D曲面，同时还包含多种方向的固定装置和法兰，以及底切特征，因此加工往往只能通过五轴方式完成。“在我们之前的系统中，五轴编程需要耗费巨大的精力。这导致我们只有在实在别无选择时才会使用五轴铣削。”Dreer说道。

DLR人形机器人手臂的外部结构由复杂的球形3D几何形状构成，包含多方向的固定装置、法兰和底切特征，这些结构通常需要五轴加工

避免使用五轴加工已成为过去式。大约3年前，Dreer开始使用hyperMILL。“这很自然，因为我主要负责复杂的五轴零件。”这位经验丰富的精密机械师说道。

Dreer认为hyperMILL的优势之一在于其功能全面的集成刀具数据库，它可以集中管理钻孔、铣削和车削所需的所有刀具，包括转速和进给值、针对不同材料的个性化工艺参数，甚至应用案例。“虽然我花了些时间才把所有数据录入进去，但现在我在编程和刀具选择上节省了大量时间。此外，我还能从优化的加工过程中受益。”Dreer提到。

大约2年前，Dreer开始使用hyperMILL Virtual Machining （虚拟加工）。NC代码仿真在DLR并非新鲜事物。Dreer和他的同事们认为它在五轴加工中是绝对必要的：“发生严重损坏碰撞的风险实在太高了。即使是经验丰富的程序员，也永远无法完全准确地预测机床上的实际运动情况。如果仅使用纯CAM数据进行仿真，是不够的。”

“与之前的CAM软件相比，hyperMILL提供了更好的接口和更简便的数据传递。现在我们拥有一个连续的工作流程，我能在极短的时间内得到反馈，确认程序在机床上是否无碰撞运行——而且具有近乎百分之百的可靠性。”Dreer说。

自动化和编程加速

除了NC代码仿真外，hyperMILL Virtual Machining还包含Optimizer（优化器）模块。该模块在NC代码生成过程中，能够全自动地将NC程序适配到所选机床的运动学特性上。在此过程中，它会选择最佳的技术姿态，并创建优化的连接运动，用于衔接各个加工操作。

Dreer主要将优化器用于Job Linking（作业链接）：“这个功能能安全、优化且无碰撞地将我各个独立的作业连接起来，完全无需我操心。”

DLR的制造团队利用Optimizer节省了编程时间，而作为 hyperMILL Virtual Machining插件的Best Fit（最佳拟合）功能则缩短了工件装夹和找正的时间。

“过去，我们的轻量化结构件材料去除率超过90%，而我们现在尽可能通过3D打印或铸造来制造这些零件，”Dreer解释道，“但是，功能性表面、孔和螺纹仍然需要使用切削加工。”

对于这些3D打印或铸造的零件，难点在于将其装夹到机床上并进行精确找正。这不仅需要复杂的夹具，而且耗时巨大，因为还必须确保后续零件加工的可重复性。“有了Best Fit，我们获得了一种方法，能够简单快速地装夹这类零件，并确保工艺可靠地完成切削加工。”Wagner表示。

得益于hyperMILL Best Fit功能，这些夹具无需精确找正即可固定在机床上

“这为我们节省了大量精力。投资Open Mind的hyperMILL及其仿真工具Virtual Machining和Best Fit对我们来说物超所值。用它编程明显更快，同时还能受益于具安全性的NC代码仿真，并且装夹打印零件也更简单、更快捷。”Wagner说道。