cimatron

cimatron 常州新科精密机械有限公司 奚长青 对于输入的数据，我们通过CIMATRON E的曲面实体混合造型工具，为零件模型添加制造中所需要的拔模角度，保证我们的模型符合制造加工的工艺要求。 二、模具 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 在Cimatron E的快速分模(QuickSplit)中，我们可以对模型进行脱模角度 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 ，并且指定用色差图来显示不同脱模角度。并且还可以指定型芯、 型腔、滑块和斜顶等多个不同的分模方向，同时进行脱模角度的检测，这样我们的工作就简单到判断零件曲面上是否存在表示危险的红色就可以了。 四、,,编程 安全高效的,,编程功能是我们一直选用Cimatron E来进行CAM加工的主要原因，其高速铣削的功能和完善的毛坯残留技术，使得我们可以使用很小的刀具精密加工局部狭窄区域，这也是CIMATRON E领先于其它CAD/CAM软件的重要原因。 这里以型腔模具的加工为例， 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 CIMATRON E高速铣削加工在我们实际生产中的应用: 1. 粗加工:刀具R3球刀，加工 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ROUGH SPIRAL 在高速铣削中我们常采用球刀开粗来减小主轴受到的扭矩，CIMATRON E高效的环绕切削保证了刀具在加工过程中刀具载荷的稳定，并且在行间过渡采用圆弧连接，使得加工刀路既安全又高效。 2. 二次开粗:刀具R2，加工方式REROUGH CIMATRON E完善的毛坯残留知识保证了安全高效的二次开粗刀路，软件自动计算零件的材料残留情况，以此决定需要加工的区域，并且优化进刀位置。使得我们可以使用小直径刀具来进行二次开粗局部区域。 加工方法FINISH BY LIMIT ANGLE 按照曲面的3. 精加工型腔曲面:刀具R1.5, 形状自动区分水平和垂直区域，分别用平行切削和层降的方式来加工;优化的加工层间连接方式，有效的消除了进刀位置的切入切出痕迹。 4. 局部区域补充加工 刀具D0.7 加工工艺要求型腔全部加工中心铣削成形，对于局部的狭窄区域，我们采用了?0.7的平底刀来加工到位。最后的精加工成形沿曲面参数线方向加工，刀路简洁高效。 通过上述的高速铣削加工过程，我们简化了加工工艺，免除了放电加工的工序，缩短了制造工时，型腔表面通过抛光可以得到镜面的效果。CIMATRON E软件在我们的各项新产品模具制造中发挥了重要作用，相信随着制造技术的进步，CIMATRON公司能够提供给我们更先进的功能模块，使得我们能够将现有的交货周期更加缩短。 CAM篇 Cimatron IT的CAM可谓是经典中的经典，IT13.x是2003年推出的，同期推出的是Cimatron E3，直到现在，仍然有许多用户在使用Cimatron IT来做NC代码。WCUT(环绕等高)一招鲜己经成为了工程师津津乐道的事。在2003年Cimatron还推出了一款软件Quick NC，这个版本主要是要占领车间级编程的市场，然而由于市场策略的改变， Cimatron公司将Quick NC完全融入Cimatron E，我们现在见到的Cimatron E，实际上是Cimatron IT和Quick NC以及这么多年不断的更新积累的产物。那么，这两者在使用上的区别在哪里呢, 一、Cimatron IT是以刀轨形状为依据来编程，Cimatron E是以生产工艺为依据来编程。 大家可以看一看指令对应。以前在Cimatron IT里常用Wcut(环绕等高)来做粗加工，精加工用Srfpkt(口袋投影)和WCUT(环绕等高)，这都是根据刀轨形状来编程。而现在只需要选择粗加工环行铣(对应Wcut粗加工)或者是选择曲面铣里的精铣所有(里面包含了Wcut不带水平优化的精加工以及平行或环绕两种方式的Srfpkt，还包括了3D-STEP以及一个新增的变量层方式)，而依角度精铣则相当于Wcut精加工带水平优化。可以这么理解，Cimatron IT是先确定轨迹形状或计算方法，再确定粗精加工方式，而Cimatron E则反过来操作，先确定是精加工还是粗加工，要做到什么程度，再去细选轨迹形状。 二、Cimatron E在计算结果上比Cimatron IT要好。 首先，Cimatron E能尽量提高刀轨的效率，优先使用开放式轨迹。开放式轨迹无疑是最节省时间，最能保证刀具载荷的方式。而 CimatronIT虽然也能用这种方式，但应用很少，产生跳刀多，也不安全。Cimatron E版除了能保证刀轨的等距性以外，同时安全性也能得到保证。 三、Cimatron E的跳刀安全性得以提高。 为了保证和Cimatron IT的兼容，Cimatron E仍然保留了Cimatron IT的NC算法和指令，Cimatron IT里的刀路轨迹可以完全被Cimatron E所读入，这些仍然保留的指令我们称之为旧策略。除了在旧策略里，新的策略的跳刀方式统一分为“绝对”和“优化”两种，而之前的Cimatron IT则分为“绝对”和“相对”两种。很多Cimatron IT用户在使用IT时，绝对不敢开启相对跳刀方式，这并不是因为Cimatron IT的安全性差，而是因为许多用户在购入机床时，没有修改G00的走刀方式。G00走刀有点对点的(同G01)，也有不走点对点的，出现G00撞刀的，多半是G00设置为后者，只需要将G00设置修改正确就可以了。这就是为什么有的用户很少出现撞刀事故而有的用户只要一选用相对就很容易出事故 的原因。在Cimatron E6以后的版本里，可以选择“优化”方式，产生的结果如下: 在Cimatron E里，无论G00选用的是何种方式，都不会出现撞刀事故。 四、Cimatron E 学习容易，Cimatron IT学习困难。 Cimatron IT里的指令理解困难，往往初学者很难明白为什么粗加工一定要用环绕等高。而在Cimatron E里，用户只需要按照顺序来选就行了。 其实，每一个Cimatron IT的用户，在初接触Cimatron E的时候，除了不太顺手以外，就是非常不满意Cimatron E产生的轨迹，尤其是在第一个粗加工时。 通常，用Cimatron IT进行WCUT粗加工产生的结果如下: 而用Cimatron E时，产生的轨迹如下: 这是其中一层的: 可以看出，用Cimatron E版产生的跳刀则非常多。但是相比较而言，Cimatron E产生的轨迹更均匀。 Cimatron IT产生的G代码时间理论时间为42min，而用Cimatron E产生的G代码的理论时间为35min。相比而言，Cimatron E版效率要高17%，这是因为Cimatron IT产生的轨迹不保证绝对均匀，而Cimatron E产生的轨迹则是绝对均匀的，中间不会有过密的刀路。 在Cimatron E的轨迹间的连接，都是用G00来连接。有的用户为了提高安全性，将G00的速度设置得比较低，这样的话，整体效率就会降低，还有可能会低于Cimatron IT。如果要对Cimatron E的这个结果进行修正，只需修改一个参数即可。 结果如图所示: 这个结果的跳刀数量也很少，和Cimatron IT的结果差不多。但这一结果不仅仅只是减少了提刀，而是通过另一种走刀方式在减少提高的同时也节省了时间，这一结果的G代码理论时间仅为30min。 在这一结果，刀路轨迹基本均匀，只是中间增加了许多轨迹间的连接，看上去是在转圈一样。但相比较而言，效率提高有28%。这个结果是非常能令人满意的。 五、完美的粗精加工和清角 在Cimatron IT中，二次粗加工往往要做很多的轮廓线，在Cimatron E中只需要用2次开粗指令就可以完成了，所有的参数几乎和粗加工环切一样，甚至用户只需要用粗加工环切指令也同样可以产生与2次开粗指令相同的结果。在最新的版本中，更新后的二次开粗己经完全融入到粗加工环切指令中了，而在旧策略中留下了一个不再更新的二次开粗。 在精加工中，用户只需要用根据角度精铣一个指令做完整体的精加工后，就可以用清角，一步一步地完成最终的加工。而这一过程，几乎不需要任何辅助线的工艺补充。这相比Cimatron IT中需要不停地做轮廓来清角，不停地做轮廓来分区精加工要省力得多。理论上讲，等间距的精加工，各种软件计算结果的效率差距很小，只要没有空刀，就是最好的刀路。然而如果用Cimatron IT的话，很难保证轮廓作得准确，往往用户只是简单地用BOX(矩形)和POLYGON(多边形)做的轮廓，在准确性上根本得不到保证，当然也就不能保证是否有空刀了，在效率 上是肯定得不到保证的。 从上面的内容来分析，从Cimatron IT到Cimatron E只有进步，完全不需要担心在使用Cimatron E后会造成效率上的降低。并且，新版的Cimatron E9支持了多核心处理器，在计算速度上要比Cimatron IT的更优化。当然，新的软件只会充分和有效地利用计算机资源，在利用计算机的同时，将人力资源成本尽可能地降低。这就是CimatronE不光提高了机床的加工效率，同时也在提升工程师的编程效率。其它的如模板的应用，两个版本完全不可同日而语，更多更新的，还有待各位使用者自己去体会和发现。 值此经济危机即将结束之际，望各位用户早日摆脱Cimatron IT的影响，用Cimatron E来提高竞争力。 CIMATRON清角经验 总结一下CIMATRON清角经验如下: 1.刀具的要求: 1( 可以使用环形刀，平刀，R刀，但不能使用锥度刀，前一把刀具也能为锥度刀。 2( 当前刀具直径不能大于前一把刀的直径。 3( 当前刀具应该跟前一把刀的平面长度应该一致。 4( 如果前一把刀是R刀，则当前刀具也应该是R刀。 5( 如果前一把刀具是环形刀，当前刀具可以是前一把刀具直径减去2倍的拐角半径的平刀。 老式沿轮廓区分水平、垂直加工加工方式参数如下: 1( 切削深度 2( 侧向步长 3( 铣削方向 4( 限制角度 5( 前一把刀偏移 6( 前一把刀 7( 垂直多层 8( 水平多层 沿轮廓+曲面所有区域参数如下 1( 侧向步长 2( 铣削方向 3( 前一把刀偏移 4( 前一把刀 5( 水平多层 沿轮廓仅水平加工加工方式参数如下: 1( 切削深度 2( 侧向步长 3( 铣削方向 4( 限制角度 5( 前一把刀偏移 6( 前一把刀 7( 水平多层 沿轮廓垂直+曲面所有加工加工方式参数如下: 1( 切削深度 2( 侧向步长 3( 铣削方向 4( 限制角度 5( 前一把刀偏移 6( 前一把刀 7( 垂直多层 这是E7.1 Cimatron CAM模块数控编程与加工技术探讨 1 数控编程加工类型的确定 加工类型的确定就是根据模具结构形状划分粗加工、半精加工、精加工和局部精加工,接着根据划分的加工类型确定铣削刀具和加工工艺,然后设置合理的加工参数对模具结构进行数控编程。不同的加工软件,其加工的加工类型和参数设定都是一样的,下面就基于Cimatron E9.0进行介绍。 模具数控加工一般分为粗加工、半精加工、精加工和局部精加工4种加工类型。 1.1 粗加工 粗加工工艺需要根据毛坯的类型和模具型面的情况而定。如果毛坯为锻件或钢件,那么粗加工最好先选用体积铣加工,将毛坯的大部分余量去除掉,得到均匀的毛坯余量,为后序加工提供方便。如果毛坯为铸件或电极(铜工),采用曲面铣中的根据层加工是粗加工的最佳选择。粗加工时选择大刀具、大切削量,其切削量一般在1mm-5mm。 1.2 半精加工 半精加工的主要目的是使加工模型的表面余量尽量均匀,为后面精加工提供良好的切削环境,不仅可以提高加工质量和加工速度,而且可以减少因切削力变化大而导致刀具损耗大,甚至断刀的现象发生。可以使用体积铣和曲面铣的加工类型,选择比粗加工小一些的刀具进行模型半精加工。在使用体积铣进行半精加工时,系统会自动计算出上一个加工程序加工后的毛坯余量,在后面进行体积铣计算时,系统会避开已加工过的区域,只在毛坯中生成刀路轨迹,从而提高加工效率。半精加工时选择比粗加工要小的刀具,其切削量一般为0.3mm,1mm。 1.3 精加工 精加工是确定加工模型表面质量的一些加工类型,它的刀路轨迹是只在加工模型的表面走层。在精加工中,除非模具型面高度变化比较大,否则最好选择平行精加工。因为平行精加工不但计算速度快,而且刀具路径光顺,加工完成的模具型面质量好。但平行方式会在局部型面产生步距不均的现象,为了避免这一现象,可以在步距不均处补加程序,或者在加工程序中选中垂直区域。选中该项后,Cimatron会自动在产生步距不均的地方补加垂直的刀具路径。但对模具型面高度变化比较大的,应选用等高精加工。对于平面的精加工,常采用水平区域加工(图1)。 在模具型面编程中,边界的设定是非常重要的。无论是等高加工、水平区域加工,还是平行精加工,它们产生的刀具路径都是与边界有关的,所以边界设定的好坏,将直接影响程序的质量。如果边界设定得好,产生的刀具路径十分规范,而且不需要编辑裁剪,可节省时间。如果边界设定得不好,产生的刀具路径则需要编辑裁剪,并且编辑裁剪后的刀具路径将会产生较多的提刀,这样不但大大增加了 编程时间,而且还增加了数控机床加工时间。所以为了保证加工质量,提高加工效率,应该注意以下几点要素。 (1)半精加工余量必须均匀,一般径向留余量0.1-0.3mm,轴向留余量0.05--,0.15mm。 (2)当采用水平区域精加工平面时,毛坯的z向最小值应该等于该平面的z值,否则平面加工后高度方向尺寸误差较大。 (3)为保证在浅滩边界处平行和等高两种走刀路径接刀良好,在许可的情况下一般在平行走刀时把浅滩边界向外三维偏移2mm左右。 (4)精加工时根据零件最小位置尺寸选择小于其最小位置尺寸的刀具,其切削量一般在0.3mm以下。 1.4 局部精加工 局部精加工一般是指清角加工。加工模型中的一些角位在精加工时由于刀具过大没法加工,但这些角位往往需要加工到数,所以就需要进行局部精加工了。Cimatron加工中的局部精加工主要集中在局部精细加工程序中,如清根铣和笔式铣等。 清根铣加工主要是在一些模型角位上还有较多余量时使用,它可以分层铣削加工,从而避免刀具因切削量大导致断刀现象发生。笔式铣加工主要是在一些模型角位上还有较少余量时使用,刀具路径轨迹只是围绕加工模型的角位走一刀。 采用等高精加工的方法加工侧面时,常选用圆角刀加工,这必然导致工件底部不清角。当选用软件中的几种清角加工所产生的刀路不是很合理的情况下,也常用等高加工通过限制Z轴的最大和最小值的方法来代替。 2 Cimatron E9.0典型零件的数控加工 根据零件结构我们把工件加工分为三个步骤1.粗加工体积铣环切2.中加工 二次开粗3.曲面铣根据角度铣 2.1 粗加工------体积铣----环切 粗加工环行铣事根据模型的形状产生一组等距环绕的粗加工刀具路径。主要加工一些比较有规则的模型,在实际加工中视比较常用的粗加工刀具路径。和粗加工平行铣一样,粗加工环行铣事一种自动加工方式,可以减少参数的设置,在使 用该方法进行编程前必须先定义毛坯。 根据型芯的形状和尺寸,为了提高加工效率,在此采用φ30R5的可转为刀片圆鼻刀进行粗加工环行铣加工。结合选用的刀具、材料和加工类型确定编程基本 参数,如表图2所示 在第一次大刀开粗后虽然去掉工件大部分余量但是工件小拐角和宽度小的 地方还存有大量的余量这时需要用较小的刀具进行中加工继续粗开为精加工减 少加工余量。 2.2 中加工------体积铣----二次开粗 二次开粗主要用于加工前一道加工后留下的残余材料。在实际加工中,通常是采用较大的刀具进行粗加工,所以导致在局部的角落部位留下较多的残余料,如果后面直接采用精加工程序进行精加工,则在该部位有可能不能完全清除残余料或刀具难以承受过大的负荷而断刀。使用二次开粗功能可以使用较小直径的刀具对前一程序加工后留下的残余材料作局部的粗加工,加工后保证零件留下的均 等的余量,从而保证精加工的加工质量。 根据型芯的形状和尺寸,为了提高加工效率,在此采用φ16R0.8的圆鼻刀和φ10的平底合金刀分别进行二次粗加工。结合选用的刀具、材料和加工类型确 定编程的基本参数,如图2所示(图3,图4) 2.3 精加工------根据角度精铣 根据角度精铣是将选择曲面的加工部位进行陡峭成都的检查,区分平缓区域 (水平区域)和陡峭区域(垂直区域)。并可以分别选择是否加工以及各自使用的走到方式。采用该种方式可以在同一个程序中将零件加工部位进行分区加工,根据不同的形状选择不同的加工方式,可以在每一区域均获得较好的加工质量。 根据型芯的形状尺寸,为了提高加工效率,在此采用R4的球刀和根据角度精铣的加工方法进行精加工。结合选用刀具、工件材料和加工类型去顶编程基本参数,如图2所示 Cimatron E 4.2对四缸喷气管模具数控程序的优化设计 智能 NC 标志着 cimatron 在加工领域的重大技术突破。众所周知高速精加工之前希望毛坯留量越均匀越好，虽然采用事后的刀具载荷分析与优化可以避免由于留量过大而可能导致崩刀等事故的发生或影响零件的表面质量，但若因零件表面出现大余量的地方很多，就必须多处都要进行低速切削这不仅影响了加工效率，也不成为高速铣削加工了，而且加工后的表面质量也会受到很大的影响。这种技术的存在使得进行粗加工计算时系统会在两层之间查找过多余量并对这些部分进行自动的层间再加工(采用逐次等高法沿面光刀法等)，从而使高速精加工之前得到一个余量非常理想的、均匀的零件表面。这种功能不仅对于高速铣而且就是对传统的数控铣也可以减少粗加工及二次粗加工的大量时间。 1 上模结构特点及数控加工工艺设计 MOTOROLA 的四缸电喷气管模具共分上模、下模、上芯盒、下芯盒4 个部分。本文对上模的数控加工过程进行分析，对其进行优化并设计数控加工程序。上模的内部型腔结构复杂，不但有斜面、锥面、斜孔，还有复杂的螺旋曲面，且分型面又有曲面和斜面过渡，如果采取传统的加工方法，不但工艺复杂，而且可能产生过切和刀具碰撞现象，精度难以保证，上模图如图1 所示。因此，根据上模的特点，拟定如图2 所示工艺方案。 图1 上模图 图2 上模加工工艺方案 1.1 编程前的准备工作 (1)在Cimatron E 4.2 的菜单下将四缸喷气管模具文件导入，选取适当的方法修补破损面。 (2)从菜单中选择工具--参数设定，取消使用进阶工作模式的选项。 (3)在New Tp Folder 菜单下根据实际情况，选取三轴数控铣削模式，以模具造型时的设计基准----型腔的中心设定加工基准坐标系。 (4)选择上模零件及毛坯类型，为后续加工及检验分析做好准备。在本文中选择曲面和方形毛坯，把自动预览前的方框勾上。 1.2 上模工艺过程分析 上模原来的加工工艺采用球刀加工，表面质量不好，而且加工方案单一，加工时间长达7 天。所以我们重新设定加工工艺，以减少加工时间，提高零件表面精度。 (1) 选择合适的工艺基准。上模具有2 个孔，且呈对角分布，因此选择这两个孔作为定位基准，由于这两个孔已经事先加工好，所以本次数控编程中不再加工。 (2 )上模的型面比较复杂，为了加工方便，将所有面分为4 类:结合面，直槽，型腔和槽。 1. 3 数控程序优化设计 为适合高速铣削的要求， Cimatron E 4.2 在粗加工及精细加工方面具有丰富的走刀方法，包括曲面铣削、轮廓铣削、平行铣削等。根据上模各个型面的工艺特点，拟定以下加工流程: (1 )粗加工数控程序设计 粗加工刀具轨迹优化的目的是提高毛坯除去效率，一般常采用高速等高分层、钻削排量或其它方式进行刀具轨迹的设计。加工平面A ，为了避免刀具产生过切，选择平行铣削3D ，选用平行铣削是因为它采用平行扫描线的方式对由多张曲面构成的模型进行加工，可以单向和双向加工，加工效率较高。选择FlatФ18 的端面铣刀，底面边界线为轮廓线，表面A 为加工表面。设置刀具运动参数:在Approach & Retract (进刀与退刀)中选择法向，并使用系统默认的进退刀轮廓值，为了避免刀具与毛坯相碰，使用绝对坐标。粗加工余量为2 mm ，公差0.5 mm 。在Z方向允许最大加工长度选项中，点选上模右端上角，数值改为40。 设定机床参数:当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度，在本次加工中选用300 mm/min 的进给速度1000r/min 的转速。 粗铣结合面C、 F ，选用FlatФ16 的端面铣刀，平行铣削，软件对轮廓具有自动补差的功能。粗铣B、D 、H ，选用FlatФ10 的立式铣刀，选取量槽的边界为轮廓线。 粗铣型腔B 、E 、G ，选用环形铣削，FlatФ14的平头铣刀。采用该方法可以同时对多张曲面进行加工，进刀轨迹是根据外轮廓的形状由外向内(或由内向外)进行走刀，尤其适用于加工不同高度的平面，而且剩余的毛坯是比较均匀的，这对后面的半精加工和精加工来说是很有利的。通过CimatronE 4.2 的毛坯残留知识技术，在进行环型铣削粗加工计算时，系统会在两层之间查找过多余量，并对这些部分进行自动的层间再加工，这样就给后续加工留下了一个余量非常理想的、均匀的零件表面。 (2 )半精加工数控程序设计 半精加工的方法、步骤、选取的轮廓线和加工面与粗加工相同，只是加工余量和粗糙度的选取不一样。 半精加工平面A 时选用，FlatФ10 的端面铣刀，把加工余量改为0.5 mm ，公差设为0.05 mm ，进给速度改为200 mm/min， 转速改为1500 r/min。半精加工型腔B 、E 、G 时，选用BallФ10 的球头铣刀，并加入轮廓走刀，其它设置和粗加工基本一样，加工得到的仿真图也差不多。 (3 )精加工数控程序设计 精加工刀具轨迹优化的目的是提高产品的加工精度可从定位基准的选择加工方式走刀方式，这样水平方向和竖直方向的型面都可以加工。在走刀方式上，为了保证得到高的表面精度，我们选择牛鼻刀，在保证不过切、不发生刀具干涉的情况下，为了缩短加工时间，尽可能选用较大的刀具。这里用自定义的一把Ф6 的牛鼻刀。 精铣结合面C、 F ，先进行几何设置，然后选择运动参数，把进退刀改为法线方向，并把安全平面的内部高度改为相对高度，这样可以节省刀具空刀的路程，从而减少加工时间。 精铣型腔B、 E 、G ，选用BallФ6 的球头铣刀，进给速度改为100 mm/min ，转速改为2000 r/min。在精铣过程中将其圆角半径定为0.5 mm ，并把装夹的高度定为100 mm， 这样可以有效地防止刀柄干涉。最后得到的仿真结果如图3 所示。 (4)清角加工 建立新工序，选择清加工程序 ，Along Contour(沿轮廓)/All Area on Surface (所有区域在曲面上)，系统会自动分析出哪些区域是水平区域，哪些区域是垂直区域，在水平区域采用沿轮廓等距加工，平行切削加工或环型加工方式，对垂直区域采用等高线加工方式，实现垂直区域的拐角清理，系统会根据检测进行自动调整。根据上模的特点，着重针对槽和型腔，其参数的设置和精加工相差不大，选用自动直径为Ф3 的牛鼻刀，其圆角半径为0.5 mm。 1. 4 模拟加工和检验分析 图3 上模精加工模拟图 通过把编程模拟加工结果与加工出的最终零件进行比较，以不同的颜色表示不同的偏差值，让我们可以迅速知道加工结果、精度和质量，查找过切和加工余量过大的部分，确定是否使用现有的程序命令或执行补充加工，以达到最优的加工结果，防止废品的产生。 1. 5 最终程序结果 在得到正确的刀具程序后，点击后处理的图标，进入Post Process 导入所有工序，在目的文件夹中，选取一个输出G 代码。因为产生的代码比较大，因为篇幅所限，不再叙述。 2 结论 新一代的Cimatron E 4.2 功能强大，编程过程简单明了，宜于掌握和使用。本文成功地在MOTOROLA 四缸喷气管上模的加工中运用了Cimatron E 4.2 强大的数控加工功能，最终生成的数控代码约有6.5Mbytes，比原来提高了大约40% 的效率，取得了满意的结果。 CimatronE模具制造实例讲解 CimatronE功能强大，涵盖模具制作的整个流程。经过二十多年的发展，现已成为工模具行业的领导者。 下面对一塑料手柄模具做分析加工。 零件模型 型腔型心设计效果图 加工部分 下面对型腔加工进行讲解。 首先要对拿到手的模具尺寸，曲率进行分析，以确定刀具参数。 选用刀具 D20R4 D12R0.8 D4 在第二层集合创建压板，压板要比实际稍大一点: 分别选取目标零件和工装压板，工装的选取可以在模拟加工中检测工装是否发生 干涉，以保证加工的安全性: 隐藏压板，创建毛坯: 第一刀新策略环形开粗D20R4刀具，切深0.4，侧向步进10，侧壁余量0.4，底平面余量也可放到0.1( 因为Z轴是安全的，不会产生过切现象)，以减少二粗的切削时间。公差0.03，顺铣，螺旋进刀，螺旋角度3?转速2000，进给2000，首选圆角设R3，以防止惯性损伤(不必设置拐角减速)。注意压板为干涉区域。 使用快速预览，在没计算刀路之前即可确定工艺安排是否合理(一般查看大量残料即可): 快速预览效果图 生成刀路轨迹: 第2刀二粗D12R0.8刀具，切深0.15(切深放小一点，减轻后面刀具D4精加工的切削阻力)，侧向步进8，余量0.1，公差 0.03，混合铣，螺旋进刀，转速2000，进给2000。 快速预览效果图 确认工艺参数合理，计算生成刀路轨迹: D12R0.8刀具，精铣水平区域， 换用新刀片，确保平面铣削光顺。侧向步距6，底平面余量0，侧壁避让0.2(避免蹭刀), 公差0.005，顺铣，切线进刀，转速2500，进给600: 一个程序即铣出所有平面 D4等高侧壁加工(此时拐角余量已不大，D4刀具可以覆盖拐角残料，根据角度 精铣只加工非平面区域)，余量0，切深 0.1，公差0.005，顺铣，切线进刀， 转速 2500，进给1200。限制角度尽可能设小，保证非平面区域的加工: 一个程序铣出所有非平面 所有程序完成后，我们可以在“D4等高侧壁加工”后面再打开一个新的程序对话框，点击预览前次毛坯，就可以快速查看整个程序的加工效果:灰色为零件体，黄色为毛坯，灰黄临界状态，显示我们已经加工到位。 如果有必要，还有多种仿真模式可供选择，下面图例为 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 仿真模式: 最后移动压板，把压板区域铣掉。 Cimatron软件在高速铣削中的策略 高速铣削的NC编程者必须改变整个加工策略以生成安全的、有效和精确的刀具 路径及理想的曲面精度。 由于在高速铣削中进给速度和主轴转速非常高，编程人员必须提前知道刀具怎样切除材料。除了使用较小的步进和切深，如果可能的应尽量避免急速更改切削方向，在急速转向时要减小加工速度，不然会损坏曲面精度，甚至由于重复运动导致过切或者导致外部圆角过切。特别在3D轮廓加工中，通常在一个操作中要求生成复杂的刀路轨迹，而不是在整个加工过程中使用平行的双向走刀、单向走刀 或者是其它单一的走刀方式。 非常明智的选择是缓和的切入工件，同时要尽可能的减少切入切出工件的次数。在两层之间的加工最好用螺旋下刀的方式，尽量不使用直接下刀。只要有可能尽量保持切削条件的恒定性这点也是非常重要的，不同的刀具载荷能够引起刀具产生偏差，这会降低零件精度，曲面精度和刀具寿命。这包括在一个给定的进给速度下，刀具载荷的一致性及刀具和零件保持常接触，并且当加工遇到过多的加工余量时机床会降低进给速度。在许多情况下，高速加工对转角的前瞻性很敏感，因此在加工过程中不能突然遇到过多的加工余量，这通常由于前一把直径较大的 刀具加工留下的。 这个精加工的步距用曲面的法失来计算，能够保证表面粗糙度和切削载荷的一至性。刀具一直与工件接触并且采用顺铣的方法加工 通常，刀路越简单，加工的效果越好，因为这样可确保在整个加工过程使用最大的进给速度加工，在急转时不必要降低进给速度。在双向加工中，连续的刀路轨迹用圆环运动连接，同样在加工矩形转角时，尽可能的减少减速和加速。 以上的加工图片由cimatron软件提供。在刀具路径上尽可能的避免了急转。 现在由几个CAM开发厂商共同提出的一个重要的概念是剩余毛坯分析，也就是说CAM能够精确的知道每次加工完成后零件剩余的毛坯。这是获得恒定刀具载荷的关键，这对于实现高速铣削是非常重要的。 粗加工和半精加工的程序能够通过前瞻精加工所需毛坯生成。精加工能够自动生成连续的刀路轨迹，从而确保了加工的零件精度。 从更长远的发展，UG准备把更优秀的高速铣削加工方法融入到软件。自动分析剩余毛坯和目标曲面的功能主要为采用适当的加工方法。这样智能的系统最后扬名于刀具和毛坯几何的管理，同时考虑加工变量如刀具偏差，机床参数，等等。 Dan Marinac(Burlington、安大略、加拿大)cimatron的技术经理，尽管他更关注模具的加工，但认为对于高速铣削CAM的发展有着共同的见解，。"我们有三种方法处理高速铣削，"他说道，"首先按照不断更改的材料条件控制加工载荷;其次所有的尖角走圆角〔避免加工过程中的急转〕;最后对于开放和半开放零件尽可能的减少切入切出零件的次数。 控制刀具载荷的关键是系统有不断的分析刀具与材料接触的轮廓的能力。Cimatron的编程部经理Uri Shakked认为，"为了完全利用机床和刀具，必须确保进给速度和主轴转速与切除的材料和曲面的斜率相配。接触点在刀具和材料之 间按照斜率和有效的刀具半径不同而不同。 为了更为广泛和更为自动的应用加工方法，Mr. Shakked主张系统必须能够处理cimatron认为的相同技术区域。这是指系统能够自动的区别凸凹的区域，相同的区域使用同一种指定的加工方法，并且允许用户按照需要自定义加工方法。一旦方法确定，所有有相同的类别的区域能够自动实现编程。 关键特征 基于系统的知识能够真正的实现所有高速机床的工艺安排和编程。但在现在，对于编程者没有其他方法理解高速加工工艺。当然这有助于我们了解哪类的CAM功能能够更有效的满足加工编程和和机床的需要。 笔式加工方法能自动的加工曲面相交处，为后续的精加工提供的恒定的毛坯。 剩余加工方法自动找到前一把大直径的刀未加工的材料。 精加工能够获得比较好的质量，适当的半精加工方法对整个加工过程是非常重要的。按照 Lynn Hock，Open Mind软件的副总裁所说，从Open Mind能够找到 一些专门的重要的方法: ? 笔式加工方法能自动加工拐角或者是凹的区域，确保在曲面的交叉处毛坯留量 均匀。 ? 剩余加工方法和笔式加工方法很相近，它是自动找到前把大直径的没有加工的区域，并且用一把较小直径的刀具加工。不同之处是，剩余加工方法对整个零件 进行考虑，二笔式加工方法只考虑拐角。 ? Z向环切，这种方法使用环形的刀路轨迹连接下刀，避免急速下刀。 一旦半精加工完成，Hock认为在CAM提供多中方法生成更好的产品: ? 真正的等粗糙度加工方法，步距的计算是垂直于曲面法失而不垂直于刀具轴线。不管曲面的曲率怎么变化，每步之间是等距的，并且能够保证刀具载荷的恒 定，特别是加工区域从垂直区域转到水平区域，或者相反。 ? XY优化，在原始切削的90度范围之内自动的对剩余毛坯进行再次加工，从而 保证了曲面的粗糙度。 为了安全和精度，能够自动进行干涉保护检查是非常重要的，因为在高速加工的前提下干涉将破坏工件和毁坏刀具。这需要有精确和连续的曲面数学模型，和比 较优秀的生成刀路轨迹的算法确保曲面不被破坏。 刀具路径的仿真功能也是很重要的，在加工程序进入加工车间之前，允许编程者检查程序。另外，优化程序是很有用的，它能自动调整进给速度，因此能够保持 恒定的最大安全速度，并且在指定的轮廓裁剪刀路轨迹。(end) Cimatron型腔模数控加工的常用策略及应用研究 1 Cimatron型腔模数控加工的常用策略 在型腔模零件三轴数控铣削加工中,从规则形状毛坯到精整处理(主要指抛光) 前的零件加工,其铣削加工工艺一般可分为粗加工、半精加工、精加工及清根加工四种工序类型。 理想的半精加工应基于粗加工后毛坯的留残来进行刀轨计算,Cimatron具有独特的最佳事前优化技术,使用WCU T ,ROU GH 工序,并选择加工参数中的WITHSTOCK选项,可使刀具轨迹根据粗加工后毛坯的残留情况来生成,不仅彻底消除了空刀现象,而且刀具的切削载荷更合理,轨迹更流畅,相比采用事后优化技术能生成更理想的半精加工刀轨。通过合理设置层间加工参数,可使两个切削层之间的毛坯残留通过沿加工面的再加工得到清除,与通过减小层降高度来提高零件表面加工精度的方法相比,可在达到相同效果的前提下,大大提高加工效率。 针对零件精加工,Cimatron提供了很多种加工工序来支持不同的精加工方式。如SURMILL (参数线加工) 、SURCLR(限制线加工) 、SRFPKT(沿面加工) 、3D STEP (三维步距加工) 及WCU T ,FIN2ISH(等高线加工) 等, 其中以针对整个零件面的SRFPKT 及WCU T ,FINISH 最为常用。 对于整个加工面来讲,一般采用一种精加工工序总是不尽合理的。对于斜率接近于水平面的平坦面,采用SRFPKT 工序进行沿面加工效果较好,而对斜率接近于垂直面的陡峭面一般采用WCU T ,FINISH 工序加工效果较理想。因此,首先需对加工面进行斜率分析,然后根据加工面的不同特点分别采用合适的走刀形式是最为理想的加工方式。采用WCU T ,FINISH 工序, 并在加工参数中选择BETWEEN LAYERS : HORIZ ,能自动对加工面进行斜率分析,并根据分析结果对不同的区域采用不同的加工形式来进行。 局部清根工序对模具的加工也至关重要,除了可使用REMACHINE : PENCIL 基于模型上的圆角中心进行单笔清根外, 使用REMACHINE :CL EANUP 能基于毛坯余量情况进行多道往复自动清根,以达到刀具切削平稳、载荷均匀的目的。采用该工序,能自动利用区域斜率分析算法对陡峭和平坦区域作分别处理,并产生相应的刀具路径。 型腔模数控加工的常用策略如表1 所示。 2 Cimatron典型型腔模零件的加工参数设置 典型的型腔模零件有型芯、型腔及电火花加工所需的电极。在各工序特别是在粗加工工序中,应根据零件的不同特点,设置不同的加工参数,以达到理想的加工效果。以下主要介绍针对各类零件粗加工的典型参数设置。 2. 1 型腔类零件的加工 对于一般型腔类零件的粗加工, 可使用WCU T ,ROU GH 工序。根据此类零件的特点,可在加工参数表中作如下设定: (1) 走刀方式参数一般设为SPIRAL CU T ,使刀具围绕加工面作环绕切削。 (2) 加工模型的类型参数一般设置为OPENPART: NO ,以限定在加工范围以内进刀。如果零件内部存在与型腔底面高度不同的岛屿,如图1 所示,则应设置为OPEN + ISLAND ,以在不同的切削层分别采用毛坯外进刀或内部预孔处进刀。 (3) 进刀参数一般采用AU TO ENTRYPOINTS(自动进刀点) ,当需要钻预孔点时,可设为OPTIMIZED ENTRY PNT (优化进刀点) ,配合设置CREATE ENTRY PNT : YES ,以产生较少的预孔点,如图1 所示。 (4) 进刀角度参数RAMP AN GL E 一般设置为5?,10?,以采用螺旋线进刀,同时将切削次序参数设置为INSIDE OU T ,以便于螺旋线的生成。必要时可通过重新设定MAX RAMP RADIUS 参数来调整螺旋半径。 (5) 对于较深的型腔加工,如使用存在加工盲区的刀具(如镶嵌硬质合金刀片的环形刀) 向下切削时可能出现搁刀现象。通过将MIN PLUN GESIZE 设置为刀具直径减去圆角半径的两倍,可防止切入加工范围太小的区域,以避免可能产生的危险。 2. 2型芯类零件的加工 粗加工,同样使用WCU T ,ROU GH 工序。 (1) 走刀方式参数可设为STOCK SPIRAL ,使刀具围绕毛坯作环绕切削,以提高毛坯的切削效率。图2 为分别采用SPIRAL CU T 及STOCK SPIRAL参数后对同一零件生成的不同的粗加工刀具轨迹。 (2) 加工模型的类型参数一般设置为OPENPART:OU TER ONL Y,这样可保证刀具在零件外进刀。切削次序参数一般设置为OU TSIDE IN ,进刀角度参数RAMP AN GL E 一般设置为90?。 (3) 进刀参数一般设置为AU TO ENTRYPOINTS(自动进刀点) 。如不理想,则可选择DE2FINE ENTRY POINTS(自定义进刀点) 。 2. 3 电极的加工 电极的粗加工设置基本上与型芯相同。不同处主要在精加工。 电极模型一般是直接根据型腔模型得到的,然而电加工时要求电极与型腔之间存在一个放电间隙。由于电极模型可能由许多曲面来构成,如果在模型上直接做多曲面偏置会有一定困难。为了补偿放电间隙,需要通过加工面一定量的过切来实现。 实现加工面一定量的过切有多种方法,如计算时采用较小刀具,实际加工时采用大一点刀具的“骗刀法”等。但最常用的方法是对精加工参数表中的SRF. OFFSET 参数设置一个绝对值与放电间隙相等的负值。采用这种方法要求刀具必须是球刀或圆角刀,且圆角半径大于该值。 另外,不同的面可能需要设置不同的过切量。这可以通过将有不同过切要求的面分别定义为零件面组1 ( PART SURF) 及零件面组2 ( PART2SURF) ,并设置不同的偏置值来实现。 3 应用案例 3. 1 吊钩锻模型腔的加工 吊钩锻模为典型的HAL F 模,型腔上下对称,下模的三维实体模型如图3 所示。毛坯的边界尺寸为240 mm ×240 mm ×60 mm ,上下平面及四周轮廓已精加工。现需要在加工中心上完成定位孔及整个型腔的加工,生成的加工工序如下: (1) 粗加工按深度分两个工序进行 提取型腔轮廓线,采用POCKET ,CONTOURROU GH + FINISH ,刀具采用直径为 12 mm 的平底铣刀,加工深度范围0, - 1. 50 mm ,以SPIRALCU T 的走刀形式一次完成飞边槽的粗精加工 余下部分采用WCU T ,CONTOUR ROU GH ,刀具仍为直径 12 mm的平底铣刀,加工深度范围- 1. 50 mm,minpz , 以SPIRAL CU T的走刀形式进行型腔的等高粗加工。由于平底铣刀无法加工到型腔底部较平坦的部分曲面,因此需要使用球刀对型腔进行二次粗加工。 (2) 半精加工 采用WCU T ,CONTOUR ROU GH ,刀具采用直径为<10 mm 的球头铣刀。加工参数选择SPI2RAL CU T、WITH STOCK、BETWEEN LAYERS :ON SRF ,加工型腔底部的残留余量。 (3) 精加工 采用WCU T ,CONTOUR FINISH ,刀具采用直径为<6 mm 的球头铣刀。加工深度范围- 1. 50mm, minpz , 加工参数选择SPIRAL CU T、BE2TWEEN LAYERS : HORIZ。采用基于自动斜率分析结果的分区域加工,陡峭面采用等高加工,平坦面采用沿面环切进行精加工。 (4) 清根加工 采用REMACHIN ,CL EANUP , 采用直径为<4 mm 的球头铣刀。加工参数选择PREV. TOOL=BALL6 ,SPL IT HORZ VERT ,主要用于吊钩凸耳处的清根及清除其它局部曲率半径较小处的残留。 经上述工序加工后,吊钩锻模的加工仿真结果如图4 所示。 3. 2 复印机面板按键模的电极加工 按键模型腔的电极模型如图5 所示,毛坯的边界尺寸为100 mm ×85 mm ×35 mm ,上下平面及四周轮廓已精加工,加工深度范围为0, - 15 mm。现需要在加工中心上完成定位孔及整个型腔的加工,生成的加工工序如下 (1) 粗加工按深度分两个工序进行 使用WCU T ,CONTOUR ROU GH 工序,采用直径为 10 mm 的平底铣刀,加工深度范围0, - 15mm ,以STOCK SPIRAL 的走刀形式去除按键群周围的毛坯余量。 使用WCU T ,CONTOUR ROU GH 工序,采用直径 4 mm 的平底铣刀,加工深度范围同上,选择WITH STOCK,去除上一工序没有去除的按键间的毛坯余量。 (2) 半精加工 由于粗加工后毛坯余量较均匀, 可直接使用WCU T ,CONTOUR FINISH 来进行半精加工,采用直径 4 mm 的球头铣刀。层间加工参数选择BETWEEN LAYERS : HORIZ , PARALL EL CU T ,采用自动分区域加工,电极侧面采用等高加工,上下表面采用沿面水平切削进行精加工。加工面选择所有模型面,SRF OFFSET = 0 ,电极表面切至模型尺寸。 (3) 精加工 为了补充放电间隙,需要对不同的电极面进行过切。使用WCU T ,CONTOUR FINISH 工序,刀具仍为直径4 mm 的球头铣刀。通过在模型上对电极的侧面及上表面设置不同的颜色,然后在该工序定义零件面的过程中使用BY CRITERIA 选项,选择所有电极的侧面为PART SRF , 上下表面为PART 2 SRF 。然后分别设置SRF . OFFSET =- 0. 15 ,PART2 SRF. OFST = - 0. 08 ,使电极表面形成不同的过切量。加工参数选择BETWEENLAYERS: HORIZ , PARALL EL CU T。电极侧面的等高精加工刀轨如图6 所示,电极上表面的沿面平行切削刀轨如图7 所示。 所有上述工序完成后,电极的加工仿真结果如图8 所示。 上述两个案例,基本采用了Cimat ron针对型腔模具零件的加工策略,在实际加工中取得了非常理想的效果。同时,从上述案例中也不难发现,只有根据具体加工对象的特点,对加工策略中的个别工序进行适当的调整,并设置恰当的参数,才能使加工既高效又能保证质量。 Cimatron E在数位相机型腔模高速加工中的编程特色 图1 粗加工正面图 1 粗加工 首先建立加工对象的立方体 毛坯，以及和模具型面一致 图2 粗加工侧面图 的零件程序，这样系统在任 何时候计算刀路时，都会参照毛坯信息，保证刀路的准确性，安全性。 粗加工采用环绕粗铣(Rough spiral)的加工方法，无需指定最高点及最低点的加工深度，自动基于初始毛坯形状按水平分层，逐层切削的策略。 内部快速提刀高度按增量方式并可设定圆角连接，保证机床快速移动时路径光顺过渡，避免因尖角而产生的机床抖动。 进刀方式采用优化模式，深度螺旋下刀，层间真实环绕，并设定超越边界/毛坯的进刀模式(Entry-beyond Boundary/stock limits)，系统自动识别开放区域毛坯外进刀，封闭区域螺旋进刀或斜线进刀，另外还可设置最小进刀尺寸，避免顶刀，达到小区域的切削过滤。 铣削方向除顺铣、逆铣以外，还有"混合铣+最终顺铣/逆铣"的方式，这样既可减少跳刀又可保证在接近工件的最后一刀时采用顺铣或逆铣的情况。 切削深度按优化(Optimized)类型，可保证型腔内不同深度的各个台面加工后的余量在预定范围内。 型腔类模具，采用次摆线(Trochoidal)方式，可有效避免满刀切削情形，利于铁屑的迅速排除，延长刀具寿命。 任何情况下，刀路拐角自动圆角过渡，可预防刀路轨迹的急拐弯现象，避免速率损失和机床振动。 另外对于各种进给速率的优化也非常丰富，如:下刀速率(Plung feed)、初始切入速率(Entyr feed)、及拐角自动速率控制(Adaptive feed control)等，对于精加工还有:步进速率(Side feed)及朝下切削速率(Down feed)等。粗加工的刀路如图1,2所示。 2 残料二次粗加工 粗加工时，为高效地去除材料，采用的刀具直径相对来说都比较大，受刀具的影响，型腔的有些位置残留材料还很多。Cimatron E的二次粗加工方法(Rerough)正是为此而设计的。 Rerough智能识别前一道程序的剩余毛坯，只需选择一把相对粗加工较少的刀具，即可自动生成残料粗加工路径。 因Cimatron内的加工参数可设成关联变量形式，如刀间距设成"0.40*tldi"，最少下刀尺寸设成"tldi-3*crrd"，其中tldi代表刀具直径。至于运动参数、转速、进给速率等还可从预先定好的刀库直接调用，因此二次粗加工只需调整很少的几个参数即可，其它设置基本上同Rough spiral一致。 在模具的拐角处，非平面刀路台阶处或前把刀没铣到而当前刀能铣到的位置自动生成单刀或多刀的路径，并可合理运用次摆线加工，如图3所示。通过一次或多次的二次粗加工程序后，为半精加工提供了一个余量基本均匀的切削环境。 图4 精加工路径 图3 二次粗加工 3 半精加工及精加工 Cimatron E的精加工方式丰富多样，既有高速加工方式又有传统加工方式，分类非常明显，针对高速精加工来说，有以下几种非常实用的加工方法，如:平行切削，陡峭位切削、三维环绕切削、等高切削、依限制角分区切削，分区切削中平坦区又可分平行切、螺旋环绕切、三维环切等，陡峭区又可分恒量层切、变量层切、插切等。 针对本案模具的特点，半精加工可采用三维环绕切削(3d step)的方法，步距方式按三维步距和最大留痕高度双向同时控制的方法，确保了在型面陡峭位步距不会拉得很宽，最重要的一点是可按导引图素来控制环切路径形状，避免路径急剧地下坡或爬坡，保证了路径的平缓性，这对高速铣削是非常重要的。 精加工的目的是进一步提高型面的光洁度，依限制角分区切削是高速铣最常用的一种方法。平坦部一般采用螺旋环绕切削，陡峭部采用变量层切削、层间S形进退刀或双向插切(如图4所示)的方法。都能有效预防进刀痕迹，减少跳刀，并且过渡R角区域都能得到理想的效果。 4 清角 对复杂 模具自 动清角 尤其重图5 自动清角 图6 机床摸拟 要，Ci matron E安全、准确、合理的自动清角能大大减少电极制作的可能。笔式清根(Pencil)对刀具的使用没有限制，在Z轴方向并可多刀分层铣削。 自动清角(Cleanup)自动根据前一把刀的剩余区域或残留毛坯进行分区，对不同区域可采用不同的走刀方式，如陡峭部的等高环绕走刀，平坦部由外向内的沿角落3D环切的刀具路径，如图5所示，保证了全过程的路径平稳、载荷均匀。 5 碰撞干涉检查 从粗加工到清角，支持全过程的干涉检查。定义好夹具和实际要用到的刀具净空长度，系统就会自动进行夹具的干涉检查，有干涉的地方刀路自动避让。如果定义的刀具净空长度大于理想刀具长度，系统就会输出推荐的最佳刀长，供编程人员参考，使刀具的使用情况达到最佳状态。最佳刀长的自动输出，避免了因人为测量不准，而产生的不可预定性错误发生，保护好了硬件设备。除此之外，Cimatron E还提供完整的机器切削模拟，如图6所示，如碰撞发生，即可产生预警信息，真正意义上的把碰撞限制在编程阶段。 。 对于复杂模具编程，工艺过程复杂、繁 锁，程序数目较多，Cimatron E可快速、 准确自动地输出程式工艺单，如图7所 示，无需一条一条地人工填写，避免不 必要的低级错误发生，进一步提高了加 工过程的安全性措施。 图7 程式工艺单 基于Cimatron E的异型毛坯加工 1 引言 粗加工在其加工制造周期中，占有很重的时间比例，且在粗加工最容易出现重大事故，因此对于一名NC编程人员来说，编写粗加工程序，使其在保证安全的前提下，尽可能提高加工效率成为一个重要的课题。 2 Cimatron模具粗加工特点 加工特点:合理、安全、高效、平稳，最大优势在于实现无空走刀、安全的相对高度快速抬刀、移刀、基于毛坯残留(也称异型毛坯)的粗加工和二次开粗加工.Cimatron是基于毛坯残留知识(也称异型毛坯)功能的原创厂家，此功能在模具的制造中有着重要的作用，其最大特点是在粗加工中参考所设定的毛坯，以合理、安全、高效、平稳的走刀方式，实现最大化地去除残留量。因此Cimatron被广泛地用于毛坯粗加工。对此作一个对比，同样的一个工件，由于软件参考两个不同的毛坯，因此生成截然不同的刀路(如图1、图2所示)。通过对比，可明显看出图2刀路比图1刀路要少得很多。传统的加工软件是无法智能生成这种刀路。另一个优秀功能是二次开粗，二次开粗将自动删除前一把刀加工后的残留量，减小了粗加工时产生的间距残留量，保证了半精加工和精加工过程余量的均匀。以上的这些特点正是我们在模具加工，特别是粗加工中所需要的。 3 Cimatron模具粗加工示例 现以29英寸CRT彩电后机壳动模主型芯的制造为例，利用Cimatron的粗加工和二次开粗加工完成一种新的制造工艺。29英寸CRT彩电后机壳毛坯尺寸长为754mm、宽273mm、高533mm的方体，工件尺寸比较大，用传统的加工方法存在时间长、加工的品质不高、刀具成本消耗过大等问题，而采用新的加工方法则可以提高加工效率、加工品质，降低成本。下面就这两种方法做一下具体分析:传统的数控的整体加工，粗加工的刀具为D63-R3mm牛鼻刀，共计用33.8h，以数控机床每小时加工费用100元，总计费用3380元;新加工工艺先用大型普通卧式铣床铣去大部分毛料再用数控机床加工，普通机床共用时20h，以每小时加工费用28元，费用560元，数控机床粗加工的刀具还是D63-R3mm牛鼻刀，共用20.8h ,以每小时加工费用100元，费用2080元，总计费用2080+560=2640元(如表1所示)。从以上分析可以看出，用异型毛坯的方法可以节约近1/3的总金钱，总时间加长了近1/3，但是可以看到数控时间只有原来的2/3，节约下来的时间可以用于其它需要数控的工件，让普通机床完成尽可能多的任务，以达到物尽其材。 新工艺具体操作方法如下: (1)新建一个NC的文件。如图3所示，单击NC,并选择OK。 (2)调入要加工的模型。如图4所示，单击主菜单中的NC-PROCESS:选择LOAD MODEL。如图5所示，选择需要加工的模型。最后如图6所示。 (3)建立一个实体作为异型毛坯(即普通铣床加工后的形状)。如图7所示，在软件中画出一个需要的异型毛坯的三维模型。 (4)在加工模块中，新建一个加工组。如图8所示。单击主菜单中的NC-PROCESS，选择CREATETOOLPATH。如图9所示，在对话框中设定加工3轴系统，安全高度。 (5)上面所建的异型毛坯为参考毛坯，以后的程序就是跟据本步骤生成的参考毛坯进行计算的。如图10所示，单击主菜单中的NC-PROCESS，选择CREATESTOCK。如图11所示，在对话框中选STOCK TYPE为SURFACES，并点击RESET SELECTION选择刚才新建的三维毛坯。 (6)新建一个加工方法，一般选螺旋开粗。如图12所示，单击主菜单中的NC-PROCESS，选择CREATEPROCEDURE。如图I3所示，在对话框MAINSELECTION中选VOLUME MIIS.ING, SUBSELECTION中选ROUGH SPIRAL，其它的参数按加工需要设定。 (7)选择计算，软件将自动根据所选异型毛坯计算出刀路。如图14所示。 (8)进行二次开粗，再新建一个加工方法。其操作方法同以上(6)的方法。 (9)选择计算，软件将自动根据以上的毛坯残留加工计算出刀路。如图15所示，Cimatron只生成了毛坯残留区域的刀路。 4 结束语 随着计算机技术的快速发展，模具形状越来越复杂，客户要求交货周期越来越短，工件品质要求越来越高，如仍采用原来的加工方式不但时间紧张，还可能造成品质缺陷。我们利用Ciniatron E的加工特点，提高加工效率、提升加工品质、增加普通机械使用率，降低加工成本。本文章所介绍的加工方法在实际生产中有很高的实用性，操作简单，易于学习，且用途广泛，不但用于普通机械加工后的再加工，还可以用于线切割、电火花成型、复杂镶拼等等各种异型、复杂零件再加工，简单实用，安全高效。(end) 在数控刀具行业中Cimatron NC的应用 WINDOWS在线指导 技术特色 做为世界知名的CAD/CAM系统，Cimatron在数控编程方面一直处于世界公认的领先地位，主要体现在以下几个方面: 一、基于知识的加工:这是Cimatron系统内置的加工核心特色，该特色保证了在用户选择了加工对象与合适的加工方法及其工艺参数之后，对加工的状况进行分析，合理地调整刀路轨迹，使加工结果更合理、更安全、更高效;二、基于毛坯残留知识的加工; 做为该技术的原创厂家，Cimatron使这一技术更加完善与丰富。毛坯残留知识是指用户根据实际加工的毛坯形状定义对应的初始毛坯(即可以定义规则毛坯，如方料、圆料等，也可以定义基于零件理论模型偏置的有形状的铸造毛坯)，在加工过程中，系统时时刻刻都知道上次加工后在零件的理论模型表面上剩余的毛坯形状与毛坯特点，从而结合具体的加工方法对加工轨迹做一系列的加工优化: 自动去处空走刀 A、实现无空走刀加工:特别是在加工零件是铸造出来的时候，该特点更加使得产生的刀路轨迹没有空走，而且加工的轨迹与效率最优;因为我们可以根据铸造毛坯的情况定义根据零件理论模型而定义沿零件表面等距偏置的铸造毛坯，而且Cimatron系统时时知道当前在零件理论模型表面的毛坯状态，在进行等高粗加工的时候，系统会根据当前零件表面的毛坯状态进行优化计算，只在有毛坯的地方产生加工轨迹，避免出现像没有基于毛坯残留知识的系统在进行等高开粗时出现空切的情况。 B、实现安全的相对安全快速抬刀、移刀:为提高加工的效率，Cimatron支持相对抬刀位置的相对抬刀方法，相对高度可以定位高于抬起位置一定的高度，如2mm、5mm，在移刀的过程中进行刀具与零件残留毛坯的比较，在发生干涉的情况下采用用户最初定义的安全高度进行移刀; C、实现真正意义上的刀具及其夹头的干涉检查: (A)真实的干涉检查:没有真正的基于毛坯残留知识的干涉检查的CAM系统是用刀具与零件的理论模型进行比较的，容易导致实际加工的碰撞，而采用毛坯残留知识的加工的CAM系统是用刀具与零件上一次实际加工的残留毛坯形状进行比较，使得碰撞检查更完善、更安全也更合理; 自动分层加工 (B)自动采用备选刀具逐次加工:用户可以指定备选加工刀具列表，在第一把刀在加工特深的峡谷与沟壑发生干涉时，系统只用当前的刀具加工可以加工的区域，而接着采用第二把刀加工它可以加工的区域，再选另一把刀加工它可以加工的区域，直到加工完成为止。在程序输出上用户可以选择按刀具分别输出不同部分的程序，也可以在程序中自动换刀而以一个程序输出; D、实现完整意义上的刀具载荷的分析与速率调整优化: (A)基于切削体积:基于毛坯残留知识的加工使得系统能真正根据刀具当前的实际加工量――加工体积――进行载荷分析，而不是根据刀宽进行推测，增加了刀具载荷分析优化的科学性与准确性; (B)基于切削角度:Cimatron不仅能根据毛坯状况进行速率调整优化，还可以根据刀具沿零件表面的运动角度进行优化-切入材料的角度越大速率越小，切出材料的角度越大速率越大; (C)过载分层加工:Cimatron 载荷分析与优化技术还在余量过多的情况选择分层切削的处理方式，即对残留的过多毛坯自动分多层加工完成; 残留毛坯余量 三、逐深加工技术加工特深零件:在实际加工中我们会遇到许多深度较深的零件，为达到最佳的加工效果，对这些零件的加工Cimatron允许用户随着深度的增加渐次加大刀具的长度，对不同长度的刀具可以限制其加工的深度范围，从而避免了采用单一长度的刀具完成整个加工而由于刀具回弹所造成的加工偏差，致使加工结果不理想; 四、直观的加工结果校验:支持最后加工结果毛坯与理论模型的比较，使编程人员迅速知道当前所编程序在零件实际加工后的基本状况，从而帮助编程人员进行编程决策，即知道需要进行进一步加工的情况，进行进一步的编程。 五、基于工艺特征的自动化编程;作为最早应用该技术的Cimatron公司，使得该技术的应用更加灵活。该技术可以把工厂的典型工艺过程与参数存储起来形成加工模式，当有新的零件可以采用同样的加工方法进行加工时，技术人员不用从头编制加工工艺，让系统根据技术人员选定的加工模式实现自动编程。该技术有以下几个特色: (A)工艺模式不用特别定制，只要认为某个加工过程具有复用性，用户即可存成加工模式; (B)加工模式的工艺参数表具有工艺参数的参数相关性，几个工艺参数的修改可以使其他相关的工艺参数随之修改，如用户该用另外一把刀具时，切深和侧向吃刀量等都会随之修改，这不仅增加了工艺参数定义的快捷与方便性，也增加了工艺模式的适应性; (C)以多种方法实现几何信息的识别与提取。一个零件的加工包含多个加工步骤，不同的加工步骤中可能有些步骤只涉及零件的相关的部分，这时就要求工艺模式能自动识别与某一加工步骤相关的对应几何信息。Cimatron可以允许用户指定多种方法来完成，如基于颜色识别的机制、基于线型的机制，基于几何集合定义的机制以及该三种机制的结合使用。 (D)由于这些工艺结合了使用单位产品特点、编程特点以及实际设备等加工状况的大量实际情况，使得这些工艺更合理、更精练、更安全、更高效;这些典型工艺可以形成编程的知识库，新来的技术人员还可以很快利用已有的工艺库进行实际的编程工作。 智能清根加工 六、基于斜率分析技术的一体化加工策略: (A)斜率分析技术:斜率分析技术是随着日益紧迫的加工生产需求，对加工程序编制要求更加自动化、更加迅速而产生的一个针对铣削加工特点的技术，该技术是指在程序的生成过程中，能对零件的实际形状特点进行分析与区别，从而完成特定形状采用特定加工方法的程序计算技术。 (B)一体化分析加工:Cimatron是最早采用斜率分析技术的CAM系统之一，今天Cimatron已经实现了从单独特征区域自动分析查找技术进而采用合适的加工方法进行该特定区域加工的初级阶段，发展到了面向整个加工对象的一体化分析与加工――使用一个功能即可进行不同加工区域的识别与特点分析，然后综合整个零件的不同区域，采用最优化的、最快捷的方式对不同的区域采用不同的加工策略，同时保证不同加工区域间最佳的刀路连接与优化，保证最佳的表面质量。 (C)应用示例:如上图的清根加工，系统会自动分析出哪些区域是水平区域，哪些区域是垂直区域，在水平区域可以采用沿轮廓等距加工、平行切削加工或环行加工方式，对垂直区域采用等高线加工方式实现垂直区域的拐角清理;如左侧两个线框显示的图片所示，系统在对零件进行精加工时采用斜率分析的方法可以对整个零件或由轮廓定义的加工区域进行分析，对不同的加工区域采用更加合适的加工方法――对垂直区域采用等高线精加工，对平缓区域采用沿表面环切的方法进行精加工，从而在一个WCUT加工功能内即实现了整个零件或部分区域的整体精加工，同时保证了最优的加工效率、获得最好的表面质量。 七、最佳事前优化，减少事后完善―Cimatron针对模具行业的独特加工策略: 多轴零件加工 (A)最佳事前优化技术是指在模具的编程过程中，系统提供了丰富、有针对性的技术，使每一步的加工都为下一步的加工做好最佳的准备，减少由于上部加工结果不理想造成进行进一步加工编程时增加编程人员对加工条件的考虑，同时也影响加工的效果; (B)事后完善是指在当前加工条件不良的情况下，用户使用一些辅助的编程设定或优化方法，避免当前不良状况的影响，如避免刀具过载等。 (C)在Cimatron系统中的许多编程技术都对这样的要求给予了充分的考虑。比如享誉全球的Cimatron的WCUT是一个集粗加工、半精加工和精加工于一体的加工方法，使用该方法进行粗加工时，系统会在两层之间发现在平缓区域的过多余量进而对这些对精加工有不良影响的部分进行自动的层间再加工(采用逐次等高法，沿面光刀法等)，从而使精加工之前在零件表面的余量尽量均匀，避免局部刀具过载发生崩刀，也使得将来的精加工时不会由于不得以的低速切削造成表面质量不够好，为下一步的精加工做好充分的准备。如果在精加工时为避免由于余量不均对刀具产生不良影响，如刀具过载，采用事后的刀具载荷分析与优化，虽然可以避免事故的发生或影响零件的表面质量，但不是最佳的处理办法。因为如果在零件的表面到处都是大余量的地方，到处都要进行低速切削，不仅影响了加工效率，而且加工的表面质量也会受到影响，特别在高速铣削加工的应用中更加忌讳这种情况的出现，高速加工也不成为高速铣削加工了。 高速铣螺旋式侧向移 八、功能丰富、完善、安全和高效的高速铣削加工:在任何形式下都可以用NURBS插补输出来支持高速铣削;先进的高速铣削能力:螺旋进刀，圆角走刀，层间、行间的圆弧连刀和摆线式加工使走刀轨迹更加光滑以适应高速铣削;在残留毛坯知识的基础上优化进给数率;通过自动调节进给速度和自动分层来确保恒定的刀具载荷针，对高速铣削实现行间的圆弧连刀和螺旋式移刀等等。 Cimatron高速铣削已经在国内得到了广泛的应用，如海尔集团模具制造有限公司、春兰机械制造有限公司、西安航空发动机有限公司-安泰叶片等等。 九、支持紧急任务的并行编程加工模式; 模具制造行业有时面临着紧迫的任务，这时如何把一个任务分布到不同的编程人员实现协同加工至关重要。由于Cimatron有基于毛坯残留知识加工，而且用户可以把某一加工编程结果毛坯存储起来分给其他编程人员，这样其他编程人员就可以在此基础上针对零件的不同区域进行相应的精加工编程和精细加工编程;结合PDM会使该项工作更便捷; 十、具有时时决策支持的数控编程系统:Cimatron为用户数控编程中遇到的可能问题提供了辅助分析工具，如加工前零件可加工区域的检查(检查是否又倒角而不能加工的区域)，零件最小曲率半径的大小与所在区域，当前残留毛坯的即时察看(用户不用仿真模拟就可以指导当前零件的加工结果如何，而且用户可以进行动态剖切分析)，余量分析校验等等。 基于CimatronE的模具数控加工 一、工艺分析和编程的一般步骤 图1为一个型腔模，在编程之前首先要对零件进行工艺分析，加工工艺直接影响到模具的加工质量和加工效率，因此在保证模具加工精度的前提下应充分考虑到提高加工效率。原则上的工艺步骤一般为先粗后精，先主后次，先大后小，先基准后型腔。根据基本原则， 该模具的大致加工工艺为“粗加工?半精加?精加工 ?清根”。 1.编程步骤 (1)确定加工基准。模具加工前首先要确定模具加工的基准，也就是我们平常所说的原点，基准确定后，所有的刀路都是以基准来运行的。对于规则(六个表面已经加工到尺寸)的毛坯来说，我们一般把加工基准确定在毛坯的中心位置，Z方向的基准确定在毛坯的最高面，如图1所示。 (2 )确定粗加工刀具和编粗加工刀路。粗加工作用是去除大部分的材料，所以模具加工的效率很大程度是由粗加工的效率所决定的。根据模具的型腔，粗加工的刀具选择原则时能大则大，能短则短，这套模具选用Ф32R6圆角铣刀。确定了粗加工的刀具就要编粗加工的刀路。粗加工的走刀方式有:平行铣、环形铣、放射铣或插铣等，我们一般运用的比较多的是环形铣，机床参数设置为转速1600r/min，切削深度1mm，进给为800mm/min。图2中黑线部分就是刀具在加工中走的路线。 (3)半精加工。一般模具粗加工完成后，必须进行二次粗加工，也就是我们常说的残料加工。它的作用是去除粗加工没有加工到的部分材料，比如说拐角位置、局部细小位置，以保证精加工的加工 余量均匀，有的位置有时还要进行三次开粗或四次开粗，以保证精加工时加工余量一致。这套模具采用的是Ф10R 1的刀来进行二次开粗，如图3所示。 为了保证精加工的余量比较均匀所以再用Ф6R1三次开粗，如图4所示。nextpage (4)精加工。半精加工完毕后就可以进行精加工了。精加工的加工策略有很多种， 有等高铣、平行铣、根据曲面的角度分区域铣、3D等布距铣等。根据模具型腔的不同，所选择的加工方式也各有不同，比如比较陡峭的地方可以采用等高铣或设置角度，水平面上可以采用平行铣等，根据具体情况精加工可能要选择几种走刀方式，如图5和图6，就运用了限制角度来进行精加工。 经过限制角度(如图6 限制为45?)，精加工时就只加工角度在45?以上的面或区域，也可以限制只加工45?以下的面或区域，如图7和图8所示。 精加工对模具型腔表面的质量影响很大，所以在精加工时必须选用合理刀具和合理走刀方式，需要用几种走刀方式配合使用才能加工出合格、漂亮的模具。 (5)清根。精加工完之后，由于局部位置精加工无法加工到位，所以需要进行清根处理。清根需要比精加工更细的刀具，根据具体情况有些部位也需要清两三次，甚至更多次。因为刀具较细，清根易产生过切，所以需要选择合理的加工方式和参数，如图9所示。nextpage 由于局部位置圆角为R1.5，所以需要用Ф3球刀进行第二次清根，如图10 所示。 但是有些部位是用刀具无法加工到位的，这时就需要进行电火花加工，如图11所示的直角部位。 2.模拟 在正式加工前一定要模拟刀路，验证刀路是否正确，是否有撞刀和过切现象，并且得出加工的时间。模拟结果如图12,图19所示。 基于Cimatron E的注塑模具设计与数控加工编程 Cimatron E数控编程由三维建模、刀具轨迹设计、刀具轨迹编辑修改、加工仿真、后置处理、数控编程模板、二次开发功能接口、数据文件交换等几个重要组成部分。系统提供了钻孔、攻螺纹和镗孔循环等点位加工编程功能，具有多种轮廓加工、等高环切行切以及岛屿加工平面铣削编程功能。其提供的3~5坐标复杂曲面多轴联动加工编程功能，具有基于残留毛坯、曲面轮廓、等高分层、环绕等距、曲面流线、角落清根、曲线五轴等多种刀具轨迹控制方式。刀具轨迹的主要加工策略包括平行铣削、环绕、等高、深孔钻削、基于毛坯等多种形式的粗精加工。 Cimatron E提供的模具数控铣削加工编程方便简洁，吸收了其他CAD/CAM系统的数控编程功能的优点。使用系统丰富的三轴粗精加工配合基于残留毛坯的智能切削、高速切削轨迹的控制、定位5轴控制刀具轴矢量的前倾角和侧倾角的粗精加工、快速钻孔、插削粗精加工等编程功能，可以快速高效地完成产品的数控加工程序的编制。针对每一种加工策略，其刀具轨迹生成控制方式有多 种，对于大余量的型腔和空间曲面的加工，其刀具轨迹的控制方式有:基于残留毛坯的螺旋循环加工(Stock Spiral);空间曲面平行等距铣削(Parallel Cut)，其轨迹平行于XY平面上某直线;以平面上的某点为圆心，轨迹沿径向以放射状加工(Radial);等高分层铣削加工(By Layer);曲面轮廓三维环绕等距(3D Step);轨迹沿曲面的外形按环绕轮廓的形式进行固定Z轴的XY平面内的等距加工(Profile);深孔钻削粗加工排量(Plunge Mill);空间曲线三轴或五轴加工(Curve 3x& Curve 5x)等。典型刀具轨迹控制策略如图7所示。 1. Cimatron E数控编程基本流程 由于系统界面严格遵循实际产品的数控加工流程来设计，因此其操作简单，在整个刀具轨迹设计规划过程中，可任意修改加工对象、切削参数等内容，值得注意的是，由于其相关性，在进行刀具轨迹流程设计时，对于加工对象的定义，最好有一个总体的规划。可对刀具轨迹和加工程序进行拷贝、粘贴、删除和隐藏等操作，同时可以对具体的刀具轨迹方案进行编辑修改，如下刀、转角速度的调整等。系统数控加工编程模块提供如下功能:在图形方式下观测刀具沿轨迹运动的情况、进行图形化修改;具有刀位文件复制、编辑、修改、刀具定义、机床和切削参数数据库等功能，如可对刀具轨迹进行延伸、缩短、剪裁等编辑修改等。 Cimatron E用于产品零件的数控加工，其流程如图8所示。首先是调用产品零件加载毛坯，调用系统的模板或用户自定义的模板、设计刀具。然后分别创建加工的程序、定义工序、加工的对象、定义加工的方式生成该相应的加工程序。用户依据加工程序的内容来确立刀具轨迹的生成方式，如根据加工对象的具体内容，刀具的导动方式、切削步距、主轴转速、进给量、切削角度、进退刀点、干涉面及安全平面等详细内容生成刀具轨迹。对刀具轨迹进行仿真加工后再进行相应的编辑修改、拷贝等操作提高编程的效率。待所有的刀具轨迹设计合格后，进行后处理生成相应数控系统的加工代码进行DNC传输与数控加工。 2. 模具数控编程模板 使用数控编程模板有利于利用已有的经验和专家知识，达到企业内部资源共享的目的。系统提供了加工程序模板、刀具模板、加工对象模板、刀具轨迹模板等。在模板中不断注入数控编程员、加工工艺师、技术工人的知识、经验和习惯，建立起规范的数控加工工艺过程，为强化企业生产管理提高产品的加工效率和质量打下良好的工艺技术基础。 Cimatron E系统创建用户自己的模板可以将预先的加工顺序、工艺参数、切削参数设置好，针对相似的零件加工对象，应用模板可以大幅度提高数控编程的效率和质量，尤其是在模具行业。用户通过加工向导非常容易地从模板中获得专家级的制造过程指导，全部内容可非常简单而有效地提供给缺乏经验的用户，有利于吸收别人的经验。通过向导，预先定义的模板可以被激活，并通过简单的交互快速生成数控加工刀具轨迹。加工程序模板与刀具轨迹模板分别以*.pct、*.tpt和*.mtt的文件格式保存。 3. 变速切削及基于残留毛坯切削 Cimatron E系统提供的等体积恒功率变速切削功能，尤其适合在普通数控机床上对加工余量比较大的难加工材料产品的切削，以充分发挥刀具和机床的性能。由于普通数控机床在现有企业所占的比重仍然较大，因此采用变速切削的刀具轨迹策略可以很好地降低制造成本，提高加工的效率。如图9所示为系统提供的变速切削功能设置。CimatronE的高速铣削加工功能同时支持等高分层的粗加工和曲面的精加工，通过在转角处以圆角的形式过渡，避免90。急转(高速场合对导轨和电机容易损坏)，同时采用螺旋进退刀配合进给速度的自动调节功能，非常适合于高速切削加工，系统还提供环绕等距等多种方式支持高速加工刀具轨迹的生成策略。借助基于残留毛坯切削的编程功能，软件自动排除空的刀具轨迹，减少了用户的工作量，也提高了编程的效率。 如图10所示的是在CimatronE平台上，充分利用系统数控编程模板、等体积变速切削等功能完成的某复合材料产品热压模凸凹模型腔和型芯的数控铣削加工程序的刀具轨迹示意图。 CIMATRON_E 在铸造模具制造中的应用 图1和图2所示为某型消失模左型腔正反面 图1 某型消失模左型腔正面 图2 某型消失模左型腔反面 修复后的加工模型见图3和图4 图3 修复后消失模左型腔正面 图4修复后消失模左型腔反面 三、加工工艺规划 采用如下加工工艺: 1、 35MM直径立铣刀，粗加工，层降量5MM，侧向步长18MM，加工余量2MM。 2、 20MM直径立铣刀，半精加工，层降量2MM，侧向步长10MM，加工余量0.5MM。这一步只加工粗加工残留区域。CIMATRON_E能够智能识别残留毛坯， 这样生成的刀轨安全高效。注意这两步加工都是螺旋下刀。 3、 12MM直径键槽刀，精加工，层降量0.3MM，侧向步长2MM，加工余量0.05MM。零件中有很多垂直区域，这些区域层降法加工最为合理，但是零件中又有许多水平或接近水平的区域，这些区域沿面加工比较合适，而且利用键槽刀的底面加工，加工质量和加工效率比球刀有很大提高。CIMATRON_E能够智能识别零件的形状，自动区分这些不同的区域，然后针对不同的区域形状采用不同 的走刀。 4、 6MM直径键槽刀，4MM直径键槽刀，局部精加工，层降量0.3MM，侧向 步长0.5MM，加工余量0.05MM。加工方法同12MM直径键槽刀。 5、 4MM直径球刀，局部清根加工，加工余量0.05MM。 左型腔反面不是成型面，加工只是为了保证壁厚一致，使得模具在工作时，模腔各处温度一致。加工工艺同正面加工类似，只是层降量和侧向步长要大些。 四、CIMATRON_E编程加工结果 图5 左型腔正面粗加工结果 图6 左型腔正面半精加工结果 从图5中清楚看出，粗加工之后，余量不均匀，很多区域未加工到，如果人为将这些区域提取出来，需要花大量时间，并且这样生成的刀轨有可能不安全。图6，CIMATRON_E智能识别残余毛坯，半精加工结果。粗加工，半精加工总的加工 时间两个半小时，如果直接用20MM直径立铣刀粗加工需要4小时。 图7 左型腔正面精加工刀路局部 我们在模具加工中，经常遇到这样的问题，一种走刀方法很难满足所有面的加工要求，需要将不同面分别提取出来加工，这样加工工步过于复杂，编程员人为干 预太多，有时加工边界很难确定。CIMATRON_E加工很好地解决了这个问题，它能智能识别零件的垂直和水平区域。图7所示刀轨，水平区域环切加工，垂直 区域等高加工。 Cimatron E在衣服架模具动模加工中的应用 图1所示是衣服架模具动模的三维模型，这是典型的一模两件模具。其中，绿色部分是形成衣服架的工作面。该三维模型的设计是通过使用Cimatron E8.0软件的分模模块工具来完成的。 图1 衣服架模具动模三维模型 该衣服架动模的最大尺寸为600mm×600mm×98mm，毛坯尺寸为604mm×604mm×98.5mm，面和图中显示的吊装孔已经加工完成外，其余的模具面则要求一次装夹加工完成，加工工期为2天。 Cimatron软件解决方案 1、编程事先分析 使用Cimatron E8.0提供的工艺事先分析工具可以对较复杂的模具零件提供快速选择刀具和制定加工策略的解决方案。最常用的是曲面曲率分析，拔模方向分析等，可以对凹面最小加工圆角、各面拔模角度进行自动计算。 (1) 最小加工圆角计算 图2是曲率分析界面，编程者可以从此图中获知最小加工凹面圆角为R4.03，也就是说，在后续选择清根刀具时直径不应超过Ф8。 图2 最小凹面加工圆角自动分析 (2) 拔模角度分析 图3是对各面拔模角度的分析，从图中可以很直观地读出零度面和其它面的角度范围，以便于制定工艺。 2、编程过程制定 从模具的三维模型可以看出，所加工的产品非常复杂，既有曲面又有直面。为了提高工作效率，可采用2.5轴和3轴混合的加工策略，包括设计毛坯，设计侧壁粗、精加工程序，设计分模面粗、精加工程序，设计角落清根程序等过程。 (1) 毛坯设计 所需的毛坯规格是604mm×604mm×98.5mm，图4是设计的毛坯界面，它给出了毛坯的尺寸及所在参考坐标系的位置。 图4 毛坯设计 (2) 侧壁和平台加工程序设计 侧壁和平台是拔模角度分析界面中的蓝色直面，可采用2.5轴策略编制加工程序。为了满足加工的精度要求，分为粗加工和精加工来进行编制。 (3)分模面(工作面)加工程序设计 一般，软件的加工功能直接决定了模具的加工效率和质量。该分模面含有很多曲面，是加工中的难点。其具体程序编制过程如下: 第一步，粗加工程序设计。采用Cimatron E8.0的环切工艺，刀具可以自动从外部下刀，内部轮廓刀具以螺旋方式下刀，并同时使用最小切削宽度以完全避免对有盲区刀具的破坏。在这个深切削的程序中，Cimatron E8.0的层间再切削功能可以通过再加工使分模面各个曲面的加工余量趋于一致。 第二步，二次开粗程序设计。通过Cimatron E8.0的二次开粗工艺，系统会自动查找上次大刀加工所留下的残余毛坯，然后在有毛坯的地方产生刀路，实现加工过程中的安全高效。 图5所示为第一次粗开时通过快速预览技术得到的加工效果，其中粉色代表剩余毛坯，从图中可以很清楚地看出剩余毛坯的分布。 图5 快速预览加工效果 程序编制结果如图6、图7所示，粉色是二次开粗的轨迹，可以看出，轨迹只在残 余毛坯处产生。模拟结果中浅黄色面显示的是二次开粗加工过的面。 图6 粗加工和二次开粗轨迹 图7 粗加工和二次开粗模拟结果 第三步，分模面精加工程序设计:分为纯水平区域程序设计和曲面区域程序设计。 对于纯水平区域，可选用Cimatron E8.0提供的精铣水平区域工艺。系统可以自动寻找所有的水平区域，并自动把水平区域的轮廓以集合形式输出，以供下一次精加工选用，从而避免了下一个程序重新再用球刀加工这些区域，大大简化了编程过程，提高了编程的效率。 对于分模面里的曲面，通过采用Cimatron E8.0提供的“根据角度精铣工艺”，系统会自动根据内置角度区分出平缓面和陡峭面，并对两种曲面采取不同的走刀方式。平缓面是沿面3D步距加工，陡峭面则采用变步距加工，从而保证了所有的曲面都能够达到一致的光洁度。 图8是对分模面精加工进行编制的结果，红色代表纯水平面的加工刀路轨迹，黑色代表所有曲面的加工刀路轨迹。 图8 精加工刀路轨迹 第四步，清根程序编制。由于清根也是模具加工中很重要的一部分工作，Cimatron E8.0还提供了自动清根技术。与传统清跟技术不同的是，在其清根程序里还独创性地提供了“二次开粗”策略，也就是对根部采用多刀加工，解决了在清根程序中选用较小刀具时易断刀的难题。 #p#分页标题#e# 图9 最终模拟结果。 表1 程序加工达到的光洁度和所需的时间 Cimatron NC在数控刀具行业的应用该注意的 加工要点: 第一:必须五轴五联动机床方可实现该数控刀具的加工; 第二:考虑到零件的实际尺寸，所以要求机床具有足够的行程; 第三:加工编程时需要一定的灵活性，也就是对软件的灵活性的要求; 第四:针对该产品的特殊性，必须具有一套完整的加工工艺。 第一步:粗开排屑槽 排屑槽的加工，使用4轴直纹曲面加工策略，首先选取被加工曲面的顶部轮廓与底部轮廓，以确定加工范围。可以根据实际情况的不同来确定约束条件，在 cimatron中提供了顶部轮廓、平面和Z层来限制顶部轮廓，而底部轮廓提供了底部轮廓、曲面和平面三种方式来限制。根据该刀具的特殊性，我们选择顶部轮 廓和底部轮廓。 在Cimatron编程中，许多参数是互相关联的，也就是说当其中的一个或几个参数确定后，其他与之关联的参数也就确定了。在系统中用数学关系式描述这种 关系，以达到减少人工设置参数个数的目的。 但在选择前应延伸被加工曲面，延伸长度至少大于所使用刀具半径。通过步进方式的选择来控制每次切削深度，这里值得注意的是刀具直径不同被加工深度 的选择也就存在着一定的诧异。 第二步:刀片槽的加工 为了让粗加工时能尽可能地多洗削，应该使刀具轨迹更贴近贴近加工表面，为下次的小刀具加工留下更小的残余量，为此，Cimatron提出了如下刀路轨迹优化方案。 如图所示，蓝色线条为手工绘制刀具轨迹，黑色线条则为产生的加工轨迹。 定义切削加工平面以控制切削加工方向。 根据被加工表面的形状和尺寸，以及数控编程时所采用刀具的类型和尺寸，确定加工范围。 通过手工绘制刀路轨迹来控制被加工区域以及所产生刀轨的具体形状，这样不均那获得了可控的表面加工纹理而且对于不规则区域的洗削实现了它的可控性。 使用2.5轴――>开放轮廓，定义层切高度的方法来计算切削问题 。 在使用该策略加工刀片槽时，应注意进刀延伸和退刀延伸，从安全性上考虑，延 伸量至少应大于刀具半径，这样就可以避免和刀具发生干涉碰撞现象。 通过轮廓偏移的设定来实现侧壁加工余量，通过这种方法可简单快捷地实现余量 控制。 第三步:精加工 Cimatron的精加工功能具有独到的地方，既有通常的沿表面光刀的加工方法，还有先进的区域识别能力，即对零件的形状可以进行有效的斜率分析，在一个加工过程内部可以实现对垂直区域的等高线加工，对平坦区域实现沿表面光刀 的加工。这些提高了加工的效率和加工的质量。 针对现有零件特定表面的单独加工，使得编程人员对特定区域的编程非常灵活，选择要加工的曲面即可以得到所需要的加工轨迹，避免了象其它系统那样的呆板 和烦琐性。 加工方法的灵活性还体现在工艺参数的设定上。在Cimatron中工艺参数的设定可以采用参数化的方法完成，如在设定加工高度和加工的最深位置时，这些和零件几何相关的信息不需要用户去麻烦地测量零件上点的坐标再根据测量结果出入数值，而直接设定为系统的参数变量(maxpz和minpz)，和工艺相关的参数具有代数相关性，如切削的深度和侧向进给的大小可以直接建立为加工刀具直径的关系式，工艺参数的临时修改不会使用户对相关的所有工艺参数都重新填写。 第四步:应用模板 Cimatron的自动化加工功能非常完善和优秀，我们可以根据该加工策略收集和积累典型的工艺过程及其参数而形成加工模板。该模板是根据单位的具体情况而生成的，也是实际加工经验的总结。该加工模板具有参数化自适应的功能，对已有加工模式的任何修改，与修改相关的其他工艺参数都能够随之修改，具有很好的适应性。加工的自动化技术将提高今后数控编程的效率与安全合理性。 本文介绍的Cimatron针对数控刀具的解决方案，在有限的人为干预的情况下，能自动生成数控程序，并在实际加工中应用。实践证明Cimatron针对数控刀具的解决方案编程效率高，在很大程度上避免了人为错误，在实际应用中取得了良 好的效果。 Cimatron E软件在模具制造中的应用 一、引言 Cimatron E的数控加工技术一直处于世界领先的地位，被世界普遍认为是最杰出的数控编程设计系统之一。它除了提供加工领域中全面的加工应用，如数控铣削(2.5,5轴)、数控钻孔、数控车、数控冲裁、数控线切割和电极设计等，还为用户提供了代表当今最领先的加工技术,基于知识的加工、自动化NC和基于毛坯残留知识三大技术为基础的智能NC。智能NC标志着Cimatron在加工领域的重大技术突破。智能NC方式为用户实现了单击一键即可完成NC加工。当用户每次完成了一个特定工作中的加工过程定义时，只要简单地把该加工过程储存为技术模板 即可。下一次用户若有加工工艺相似的零件要处理时，刀具轨迹会自动生成。毛坯残留知识允许用户在任何时间检查实际的毛坯余量，用户还可以针对自己的采用的加工策略和加工目的对加工轨迹进行裁剪。毛坯残留知识可以对照用户新的几何模型，调整刀具轨迹的生成，进行刀具轨迹的优化。优化包括去除空走刀，自动调整进给率，去除尖角来产生平缓的刀具运动，或在夹头干涉的情况下，自动分割刀具轨迹以避免干涉，自动建议新的加工刀具来加工未加工到的区域等。Cimatron提供了可靠而直观的轨迹校验和仿真模似，支持每一加工工序或零件,毛坯的比较分析，它以彩色图的形式显示当前加工结果及其余量，具有可视化的加工的仿真模拟功能强大，使用户可以检查加工过程的合理性与正确性，可以任意部切旋转来观察加工的结果，还可以进行多达五轴仿真校验，定量分析，加工工时估算等等，用户也可以手工单步检查生成的刀具轨迹。Cinatron也为用户提供了灵活方便的轨迹编辑，用户可以对已有的刀具轨迹进行拷贝:阵列拷贝和旋转拷贝还可以用手工的方式对生成的刀具轨迹进行方便而灵活的修改:删除选择的走刀步骤，裁减选择的走刀步骤的增加用户自己的指定走刀，对刀具轨迹进行投影等。Cimatron为满足对加工质量、效率日益提高的要求提供了高速铣削技术，如NURBS插补G代码，尖角部位的圆满走刀，从外到内的毛坯光滑 环切，刀具载荷的分析与自动优化等其他工具。 如图1所示的面板是柜机的主要部件，是由复杂曲面组成，面板 设计的好坏将直接影响到柜式空调器的外观和产品质量。采用Cimatron E5.0软件建立面板的三维数据模型，以此为基础进行快速分模设计(Quick Split)及数控编程，然后将后置处理的 程序传送至数控机床上完成面板模具的实际加工。 图1 柜机面板三维模型 二、工艺流程分析 柜机面板模具是生产高质量柜式空调器的重要组成部分。由于柜机面板的外观条件与装配性能，对模具材料、内在质量和尺寸精度等都提出了严格的要求，制造难度很大。我司在充分吸收日本空调器模具结构设计精华的基础上经过多年的开发研究，已拥有专业的生产技术，并逐步成为苏中地区重要的模具生产基地。 注射模具的加工工序一般分为为粗加工、半精加工和精加工等工序。根据柜机面板动定模芯的形状及加工特性，二次加工的曲面精度要求很高，其定位基准均为底座下平面，为了减少装夹次数，缩短工时，二次加工需要全部在数控铣床或数控加工中心上进行。在数控加工中，为了尽量减少辅助工时，要特别注意使用夹具来保证迅速完成加工零件的定位和夹紧过程。在加工中要尽量减少工件装夹次数，在一次装夹中，应尽可能多地完成各个工序工步，为此，定位时要考虑便于各个表面都被加工的定位方式。以模芯下平面为定位基准，可以方便地完成其他各个曲面的加工。 三、数控加工 Cimatron E5.0软件具有强大的加工能力，而且也能读取如UG、Pro/ENGINEER等其他软件的数据进行加工。用CimatronNC模块进行数控加工自动智能化编程，其步骤如下: (1)根据模型特点，拟订加工工艺; (2)进行每步编程，确定加工方法以及刀具、进给速度、刀间距等参数，生成刀具路径，并进行刀具路径的模拟检查; (3)生成NC程序; (4)用CNC传输软件将NC程序传输给相应的数控机床; (5)准备好加工毛坯、刀具、夹具后在数控机床上加工。 下面以此模具的定模芯为例简述其数控铣削加工过程: 图2 面板注射模定模芯(包含四个方压板) 如图2所示为面板注射模定模芯，其毛坯尺寸为1050mm×650mm×90mm，整体加工高度为50mm。整个模型采用Cimatron E5.0软件加工模块进行数控加工，基准角在右下角，用内六角螺钉将四个方铁块固定于定模芯上，在实际加工时只需将这四个方铁块固定在机床工作台上即可，其加工过程为:先粗加工整体外形?区部粗加工(清角)?半精加工成型曲面及四周相连曲面?精加工成型曲 面及四周相连曲面?精加工墙角根部的方式。 1. 整体粗加工(WCUT) 使用D63(R8)玉米铣刀，采用3D体积块螺旋加工方式(Volume Milling -Si pral Cut - 3D)，安全平面(CLEARANCE PLANE)为150mm，螺旋角(Ramp Angle)为5?，加工的最大高度(Z-top)为90mm，加工的最低高度(Z-bottom)为40mm，切深(Down Step)为0.75 mm，步距(Side Step)为30 mm，粗加工余量(Part Surface Offset)为0.5 mm，加工精度(Part Surface Toleranc)为0.1mm，铣削方向(Milling Direction)为Climb Milling，切割方向(Cut Direction)为Inside Out，零件是否为开放零件(Open Part)为NO，主轴转速(SPINDLE_SPEED)为1000r/min，进给速度(CUT_FEED)为1200mm/min。使用程序执行(Exetute)功能，加工刀具轨迹如图3所示。同时，对加工进行仿真模拟(Simulation)检查和过切检查。整个定模芯的外形被铣出，符合工艺的要求。接着进行后置处理(Post)，自动产生程序，送至CNC加工中心进行数控加工。 图3 粗加工整体外形 2. 区部粗加工(WCUT FINISH) 半精加工选用D24(R6)涂层镶片铣刀，采用曲面铣削(Surface Milling， By Layers)的加工方式，安全平面(CLEARANCE PLANE)为150mm，加工的最大高度(Z-top)为90mm，加工的最低高度(Z-bottom)为40mm，切深(Down Step)为0.45 mm，粗加工余量(Part Surface Offset)为0.4 mm，加工精度(Part Surface Toleranc)为0.1mm，铣削方向(Milling Direction)为Climb Milling，切割方向(Cut Direction)为Inside Out，零件是否为开放零件(Open Part)为NO，主轴转速(SPINDLE_SPEED)为1300r/min，进给速度(CUT_FEED)为1000mm/min。使用程序执行(Exetute)功能，加工刀具轨迹如图4所示。同时，对加工进行仿真模拟(Simulation)检查和过切检查。整个定模芯的的墙壁余量被去除大部分，为球刀加工做好准备，符合工艺的要求。接着进行后置处理(Post)，自动产生程序，送至CNC加工中心进行数控加工。 图4 区部粗加工 3. 半精加工(SRFPKT) 使用D16(R8)球头铣刀，采用投影曲面铣削(Surface Milling， Parallel Cut)的加工方式，安全平面(CLEARANCE PLANE)为150mm，加工的最大高度(Z-top)为90mm，加工的最低高度(Z-bottom)为40mm，步距(Side Step)为0.8 mm，粗加工余量(Part Surface Offset)为0.25 mm，加工精度(Part Surface Toleranc)为0.05mm，铣削方向(Cutter Direction)为Bidir，切割角(Milling at Angle)为45?，方向(Direction)为Both:Up&Down，主轴转速(SPINDLE_SPEED)为1500r/min，进给速度(CUT_FEED)为900mm/min。使用程序执行(Exetute)功能，加工刀具轨迹如图5所示。同时，对加工进行仿真模拟(Simulation)检查和过切检查。整个定模芯的的余量被去除大部分，为D10(R5)球刀加工做好准备，符合工艺的要求。接着进行后置处理(Post)，自动产生程序，送至CNC加工中心进行数控加工。 图5 半精加工分型面 4. 精加工(SRFPKT) 、 使用D10(R5)球头铣刀，采用投影曲面铣削(Surface Milling， Parallel Cut)的加工方式，安全平面(CLEARANCE PLANE)为150mm，加工的最大高度(Z-top)为90mm，加工的最低高度(Z-bottom)为40mm，步距(Side Step)为0.2mm，粗加工余量(Part Surface Offset)为0mm，加工精度(Part Surface Toleranc)为0.01mm，铣削方向(Cutter Direction)为Bidir，切割角(Milling at Angle)为135?，方向(Direction)为Both:Up&Down，主轴转速(SPINDLE_SPEED)为1800r/min，进给速度(CUT_FEED)为800mm/min。使用程序执行(Exetute)功能，加工刀具轨迹如图6所示。同时，对加工进行仿真模拟(Simulation)检查和过切检查。整个定模芯的大部分范围被精铣到位，符合工艺的要求。接着进行后置处理(Post)，自动产生程序，送至CNC加工中心进行数控加工。 图6 精加工分型面 5. 精加工二(WCUT FINISH) 半精加工选用D20(R0.8)端铣刀，采用曲面铣削(Surface Milling， By Laye rs)的加工方式，安全平面(CLEARANCE PLANE)为150mm，加工的最大高度(Z-top)为90mm，加工的最低高度(Z-bottom)为40mm，切深(Down Step)为0.45 mm，粗加工余量(Part Surface Offset)为0 mm，加工精度(Part Surface Toleranc)为0.01mm，铣削方向(Milling Direction)为Mixed Milling，切割方向(Cut Direction)为Inside Out，零件是否为开放零件(Open Part)为NO，主轴转速(SPINDLE_SPEED)为1400r/min，进给速度(CUT_FEED)为1000mm/min。使用程序执行(Exetute)功能，加工刀具轨迹如图7所示。同时，对加工进行仿真模拟(Simulation)检查和过切检查。整个定模芯的的墙壁根部余量被去除，符合工艺的要求。接着进行后置处理(Post)，自动产生程序，送至CNC加工中心进行数控加工。 图7 清角加工 Cimatron CAM模块数控编程与加工技术探讨 1 数控编程加工类型的确定 加工类型的确定就是根据模具结构形状划分粗加工、半精加工、精加工和局部精加工,接着根据划分的加工类型确定铣削刀具和加工工艺,然后设置合理的加工参数对模具结构进行数控编程。不同的加工软件,其加工的加工类型和参数设定都是一样的,下面就基于Cimatron E9.0进行介绍。 模具数控加工一般分为粗加工、半精加工、精加工和局部精加工4种加工类型。 1.1 粗加工 粗加工工艺需要根据毛坯的类型和模具型面的情况而定。如果毛坯为锻件或钢件,那么粗加工最好先选用体积铣加工,将毛坯的大部分余量去除掉,得到均匀的毛坯余量,为后序加工提供方便。如果毛坯为铸件或电极(铜工),采用曲面铣中的根据层加工是粗加工的最佳选择。粗加工时选择大刀具、大切削量,其切削量一般在1mm-5mm。 1.2 半精加工 半精加工的主要目的是使加工模型的表面余量尽量均匀,为后面精加工提供良好的切削环境,不仅可以提高加工质量和加工速度,而且可以减少因切削力变化大而导致刀具损耗大,甚至断刀的现象发生。可以使用体积铣和曲面铣的加工类型,选择比粗加工小一些的刀具进行模型半精加工。在使用体积铣进行半精加工时,系统会自动计算出上一个加工程序加工后的毛坯余量,在后面进行体积铣计算时,系统会避开已加工过的区域,只在毛坯中生成刀路轨迹,从而提高加工效率。半精加工时选择比粗加工要小的刀具,其切削量一般为0.3mm,1mm。 1.3 精加工 精加工是确定加工模型表面质量的一些加工类型,它的刀路轨迹是只在加工模型的表面走层。在精加工中,除非模具型面高度变化比较大,否则最好选择平行精加工。因为平行精加工不但计算速度快,而且刀具路径光顺,加工完成的模具型面质量好。但平行方式会在局部型面产生步距不均的现象,为了避免这一现象,可以在步距不均处补加程序,或者在加工程序中选中垂直区域。选中该项后,Cimatron会自动在产生步距不均的地方补加垂直的刀具路径。但对模具型面高度变化比较大的,应选用等高精加工。对于平面的精加工,常采用水平区域加工(图1)。 在模具型面编程中,边界的设定是非常重要的。无论是等高加工、水平区域加工,还是平行精加工,它们产生的刀具路径都是与边界有关的,所以边界设定的好坏,将直接影响程序的质量。如果边界设定得好,产生的刀具路径十分规范,而且不需要编辑裁剪,可节省时间。如果边界设定得不好,产生的刀具路径则需要编辑裁剪,并且编辑裁剪后的刀具路径将会产生较多的提刀,这样不但大大增加了编程时间,而且还增加了数控机床加工时间。所以为了保证加工质量,提高加工效率,应该注意以下几点要素。 (1)半精加工余量必须均匀,一般径向留余量0.1-0.3mm,轴向留余量0.05--,0.15mm。 (2)当采用水平区域精加工平面时,毛坯的z向最小值应该等于该平面的z值,否则平面加工后高度方向尺寸误差较大。 (3)为保证在浅滩边界处平行和等高两种走刀路径接刀良好,在许可的情况下一般在平行走刀时把浅滩边界向外三维偏移2mm左右。 (4)精加工时根据零件最小位置尺寸选择小于其最小位置尺寸的刀具,其切 削量一般在0.3mm以下。 1.4 局部精加工 局部精加工一般是指清角加工。加工模型中的一些角位在精加工时由于刀具过大没法加工,但这些角位往往需要加工到数,所以就需要进行局部精加工了。Cimatron加工中的局部精加工主要集中在局部精细加工程序中,如清根铣和笔式铣等。 清根铣加工主要是在一些模型角位上还有较多余量时使用,它可以分层铣削加工,从而避免刀具因切削量大导致断刀现象发生。笔式铣加工主要是在一些模型角位上还有较少余量时使用,刀具路径轨迹只是围绕加工模型的角位走一刀。 采用等高精加工的方法加工侧面时,常选用圆角刀加工,这必然导致工件底部不清角。当选用软件中的几种清角加工所产生的刀路不是很合理的情况下,也常用等高加工通过限制Z轴的最大和最小值的方法来代替。 2 Cimatron E9.0典型零件的数控加工 根据零件结构我们把工件加工分为三个步骤1.粗加工体积铣环切2.中加工 二次开粗3.曲面铣根据角度铣 2.1 粗加工------体积铣----环切 粗加工环行铣事根据模型的形状产生一组等距环绕的粗加工刀具路径。主要 加工一些比较有规则的模型,在实际加工中视比较常用的粗加工刀具路径。和粗加工平行铣一样,粗加工环行铣事一种自动加工方式,可以减少参数的设置,在使 用该方法进行编程前必须先定义毛坯。 根据型芯的形状和尺寸,为了提高加工效率,在此采用φ30R5的可转为刀片圆鼻刀进行粗加工环行铣加工。结合选用的刀具、材料和加工类型确定编程基本 参数,如表图2所示 在第一次大刀开粗后虽然去掉工件大部分余量但是工件小拐角和宽度小的地方还存有大量的余量这时需要用较小的刀具进行中加工继续粗开为精加工减 少加工余量。 2.2 中加工------体积铣----二次开粗 二次开粗主要用于加工前一道加工后留下的残余材料。在实际加工中,通常是采用较大的刀具进行粗加工,所以导致在局部的角落部位留下较多的残余料,如果后面直接采用精加工程序进行精加工,则在该部位有可能不能完全清除残余料或刀具难以承受过大的负荷而断刀。使用二次开粗功能可以使用较小直径的刀具对前一程序加工后留下的残余材料作局部的粗加工,加工后保证零件留下的均 等的余量,从而保证精加工的加工质量。 根据型芯的形状和尺寸,为了提高加工效率,在此采用φ16R0.8的圆鼻刀和φ10的平底合金刀分别进行二次粗加工。结合选用的刀具、材料和加工类型确 定编程的基本参数,如图2所示(图3,图4) 2.3 精加工------根据角度精铣 根据角度精铣是将选择曲面的加工部位进行陡峭成都的检查,区分平缓区域(水平区域)和陡峭区域(垂直区域)。并可以分别选择是否加工以及各自使用的走到方式。采用该种方式可以在同一个程序中将零件加工部位进行分区加工,根据不同的形状选择不同的加工方式,可以在每一区域均获得较好的加工质量。 根据型芯的形状尺寸,为了提高加工效率,在此采用R4的球刀和根据角度精铣的加工方法进行精加工。结合选用刀具、工件材料和加工类型去顶编程基本参数,如图2所示 常州新科精密机械有限公司 奚长青 对于输入的数据，我们通过CIMATRON E的曲面实体混合造型工具，为零件模型添加制造中所需要的拔模角度，保证我们的模型符合制造加工的工艺要求。 二、模具设计 在Cimatron E的快速分模(QuickSplit)中，我们可以对模型进行脱模角度检测，并且指定用色差图来显示不同脱模角度。并且还可以指定型芯、型腔、滑块和斜顶等多个不同的分模方向，同时进行脱模角度的检测，这样我们的工作就简单到判断零件曲面上是否存在表示危险的红色就可以了。 在快速分模环境中，按照CIMATRON E提供的向导工具条的顺序，对零件进行分模操作。首先指定型芯型腔和滑块的分模方向，自动区分零件曲面到不同的分模几何集合;下一步自动产生模型的内外分型线，通过自动产生的内分型线填充出内分型曲面;为了使创建的外分模曲面更加符合实际生产的要求，我们通过造型曲面和自动分型面混合操作的方式，得到所需要的分模外形。 之后再将分模零件和毛坯输出到模具的装配模型，并且利用 QuickSplit的自动分割工具切出模具的各个体积模块，这个时候模型已经被自动规划到模架的动定模模块。如下图是已经分割好的模具型芯和型腔模块(尚未创建侧滑块)。 三、模架设计 之后通过CIMATRON E专门的MOLDESIGN模块，进入到模具的细节设计部分。这里调用了LKM(龙记)的标准模架，并且设计添加了侧滑块模组。 MOLDESIGN的流道、冷却和顶出机构的设计采用了向导式操作，并且可以自动对相关的零件进行切割，大大提高了模具设计的效率。 四、,,编程 安全高效的,,编程功能是我们一直选用Cimatron E来进行CAM加工的主要原因，其高速铣削的功能和完善的毛坯残留技术，使得我们可以使用很小的刀具精密加工局部狭窄区域，这也是CIMATRON E领先于其它CAD/CAM软件的重要原因。 这里以型腔模具的加工为例，说明CIMATRON E高速铣削加工在我们实际生产中的应用: 1. 粗加工:刀具R3球刀，加工方法ROUGH SPIRAL 在高速铣削中我们常采用球刀开粗来减小主轴受到的扭矩，CIMATRON E高效的环绕切削保证了刀具在加工过程中刀具载荷的稳定，并且在行间过渡采用圆弧连接，使得加工刀路既安全又高效。 2. 二次开粗:刀具R2，加工方式REROUGH CIMATRON E完善的毛坯残留知识保证了安全高效的二次开粗刀路，软件自动计算零件的材料残留情况，以此决定需要加工的区域，并且优化进刀位置。使得我们可以使用小直径刀具来进行二次开粗局部区域。 加工方法FINISH BY LIMIT ANGLE 按照曲面的3. 精加工型腔曲面:刀具R1.5, 形状自动区分水平和垂直区域，分别用平行切削和层降的方式来加工;优化的加工层间连接方式，有效的消除了进刀位置的切入切出痕迹。 4. 局部区域补充加工 刀具D0.7 加工工艺要求型腔全部加工中心铣削成形，对于局部的狭窄区域，我们采用了?0.7的平底刀来加工到位。最后的精加工成形沿曲面参数线方向加工，刀路简洁高效。 通过上述的高速铣削加工过程，我们简化了加工工艺，免除了放电加工的工序，缩短了制造工时，型腔表面通过抛光可以得到镜面的效果。CIMATRON E软件在我们的各项新产品模具制造中发挥了重要作用，相信随着制造技术的进步，CIMATRON公司能够提供给我们更先进的功能模块，使得我们能够将现有的交货周期更加缩短。 CAM篇 Cimatron IT的CAM可谓是经典中的经典，IT13.x是2003年推出的，同期推出的是Cimatron E3，直到现在，仍然有许多用户在使用Cimatron IT来做NC代码。WCUT(环绕等高)一招鲜己经成为了工程师津津乐道的事。在2003年Cimatron还推出了一款软件Quick NC，这个版本主要是要占领车间级编程的市场，然而由于市场策略的改变， Cimatron公司将Quick NC完全融入Cimatron E，我们现在见到的Cimatron E，实际上是Cimatron IT和Quick NC以及这么多年不断的更新积累的产物。那么，这两者在使用上的区别在哪里呢, 一、Cimatron IT是以刀轨形状为依据来编程，Cimatron E是以生产工艺为依据来编程。 大家可以看一看指令对应。以前在Cimatron IT里常用Wcut(环绕等高)来做粗加工，精加工用Srfpkt(口袋投影)和WCUT(环绕等高)，这都是根据刀轨形状来编程。而现在只需要选择粗加工环行铣(对应Wcut粗加工)或者是选择曲面铣里的精铣所有(里面包含了Wcut不带水平优化的精加工以及平行或环绕两种方式的Srfpkt，还包括了3D-STEP以及一个新增的变量层方式)，而依角度精铣则相当于Wcut精加工带水平优化。可以这么理解，Cimatron IT是先确定轨迹形状或计算方法，再确定粗精加工方式，而Cimatron E则反过来操作，先确定是精加工还是粗加工，要做到什么程度，再去细选轨迹形状。 二、Cimatron E在计算结果上比Cimatron IT要好。 首先，Cimatron E能尽量提高刀轨的效率，优先使用开放式轨迹。开放式轨迹无疑是最节省时间，最能保证刀具载荷的方式。而 CimatronIT虽然也能用这种方式，但应用很少，产生跳刀多，也不安全。Cimatron E版除了能保证刀轨的等距性以外，同时安全性也能得到保证。 三、Cimatron E的跳刀安全性得以提高。 为了保证和Cimatron IT的兼容，Cimatron E仍然保留了Cimatron IT的NC算法和指令，Cimatron IT里的刀路轨迹可以完全被Cimatron E所读入，这些仍然保留的指令我们称之为旧策略。除了在旧策略里，新的策略的跳刀方式统一分为“绝对”和“优化”两种，而之前的Cimatron IT则分为“绝对”和“相对”两种。很多Cimatron IT用户在使用IT时，绝对不敢开启相对跳刀方式，这并不是因为Cimatron IT的安全性差，而是因为许多用户在购入机床时，没有修改G00的走刀方式。G00走刀有点对点的(同G01)，也有不走点对点的，出现G00撞刀的，多半是G00设置为后者，只需要将G00设置修改正确就可以了。这就是为什么有的用户很少出现撞刀事故而有的用户只要一选用相对就很容易出事故 的原因。在Cimatron E6以后的版本里，可以选择“优化”方式，产生的结果如下: 在Cimatron E里，无论G00选用的是何种方式，都不会出现撞刀事故。 四、Cimatron E 学习容易，Cimatron IT学习困难。 Cimatron IT里的指令理解困难，往往初学者很难明白为什么粗加工一定要用环绕等高。而在Cimatron E里，用户只需要按照顺序来选就行了。 其实，每一个Cimatron IT的用户，在初接触Cimatron E的时候，除了不太顺手以外，就是非常不满意Cimatron E产生的轨迹，尤其是在第一个粗加工时。 通常，用Cimatron IT进行WCUT粗加工产生的结果如下: 而用Cimatron E时，产生的轨迹如下: 这是其中一层的: 可以看出，用Cimatron E版产生的跳刀则非常多。但是相比较而言，Cimatron E产生的轨迹更均匀。 Cimatron IT产生的G代码时间理论时间为42min，而用Cimatron E产生的G代码的理论时间为35min。相比而言，Cimatron E版效率要高17%，这是因为Cimatron IT产生的轨迹不保证绝对均匀，而Cimatron E产生的轨迹则是绝对均匀的，中间不会有过密的刀路。 在Cimatron E的轨迹间的连接，都是用G00来连接。有的用户为了提高安全性，将G00的速度设置得比较低，这样的话，整体效率就会降低，还有可能会低于Cimatron IT。如果要对Cimatron E的这个结果进行修正，只需修改一个参数即可。 结果如图所示: 这个结果的跳刀数量也很少，和Cimatron IT的结果差不多。但这一结果不仅仅只是减少了提刀，而是通过另一种走刀方式在减少提高的同时也节省了时间，这一结果的G代码理论时间仅为30min。 在这一结果，刀路轨迹基本均匀，只是中间增加了许多轨迹间的连接，看上去是在转圈一样。但相比较而言，效率提高有28%。这个结果是非常能令人满意的。 五、完美的粗精加工和清角 在Cimatron IT中，二次粗加工往往要做很多的轮廓线，在Cimatron E中只需要用2次开粗指令就可以完成了，所有的参数几乎和粗加工环切一样，甚至用户只需要用粗加工环切指令也同样可以产生与2次开粗指令相同的结果。在最新的版本中，更新后的二次开粗己经完全融入到粗加工环切指令中了，而在旧策略中留下了一个不再更新的二次开粗。 在精加工中，用户只需要用根据角度精铣一个指令做完整体的精加工后，就可以用清角，一步一步地完成最终的加工。而这一过程，几乎不需要任何辅助线的工艺补充。这相比Cimatron IT中需要不停地做轮廓来清角，不停地做轮廓来分区精加工要省力得多。理论上讲，等间距的精加工，各种软件计算结果的效率差距很小，只要没有空刀，就是最好的刀路。然而如果用Cimatron IT的话，很难保证轮廓作得准确，往往用户只是简单地用BOX(矩形)和POLYGON(多边形)做的轮廓，在准确性上根本得不到保证，当然也就不能保证是否有空刀了，在效率 上是肯定得不到保证的。 从上面的内容来分析，从Cimatron IT到Cimatron E只有进步，完全不需要担心在使用Cimatron E后会造成效率上的降低。并且，新版的Cimatron E9支持了多核心处理器，在计算速度上要比Cimatron IT的更优化。当然，新的软件只会充分和有效地利用计算机资源，在利用计算机的同时，将人力资源成本尽可能地降低。这就是CimatronE不光提高了机床的加工效率，同时也在提升工程师的编程效率。其它的如模板的应用，两个版本完全不可同日而语，更多更新的，还有待各位使用者自己去体会和发现。 值此经济危机即将结束之际，望各位用户早日摆脱Cimatron IT的影响，用Cimatron E来提高竞争力。 CIMATRON清角经验 总结一下CIMATRON清角经验如下: 1.刀具的要求: 1( 可以使用环形刀，平刀，R刀，但不能使用锥度刀，前一把刀具也能为锥度刀。 2( 当前刀具直径不能大于前一把刀的直径。 3( 当前刀具应该跟前一把刀的平面长度应该一致。 4( 如果前一把刀是R刀，则当前刀具也应该是R刀。 5( 如果前一把刀具是环形刀，当前刀具可以是前一把刀具直径减去2倍的拐角半径的平刀。 老式沿轮廓区分水平、垂直加工加工方式参数如下: 1( 切削深度 2( 侧向步长 3( 铣削方向 4( 限制角度 5( 前一把刀偏移 6( 前一把刀 7( 垂直多层 8( 水平多层 沿轮廓+曲面所有区域参数如下 1( 侧向步长 2( 铣削方向 3( 前一把刀偏移 4( 前一把刀 5( 水平多层 沿轮廓仅水平加工加工方式参数如下: 1( 切削深度 2( 侧向步长 3( 铣削方向 4( 限制角度 5( 前一把刀偏移 6( 前一把刀 7( 水平多层 沿轮廓垂直+曲面所有加工加工方式参数如下: 1( 切削深度 2( 侧向步长 3( 铣削方向 4( 限制角度 5( 前一把刀偏移 6( 前一把刀 7( 垂直多层 这是E7.1