Cimatron 軟件在型腔模具高速加工中的應(yīng)用

模具作為新產(chǎn)品生產(chǎn)的關(guān)鍵工裝，其設(shè)計(jì)與生產(chǎn)日益成為新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期的決定因素。隨著數(shù)控加工設(shè)備與高性能加工刀具技術(shù)發(fā)展的日益成熟，高速加工技術(shù)應(yīng)用到模具制造中，能極大地提高模具加工速度，減少加工工序，縮短甚至消除了鉗工修復(fù)工作，從而大大地縮短了模具的生產(chǎn)周期。高速加工有著不同于傳統(tǒng)加工的特殊的加工工藝要求，而數(shù)控加工的數(shù)控指令包含了所有的工藝過(guò)程，故應(yīng)用于高速加工的數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)———CAM 系統(tǒng)必須能夠滿足相應(yīng)的特殊要求：（a）CAM 系統(tǒng)應(yīng)具有很高的計(jì)算編程速度；（b）全程自動(dòng)防過(guò)切處理能力及自動(dòng)刀柄干涉檢查；（c）提供符合高速加工要求的豐富的加工策略；（d）進(jìn)給率優(yōu)化處理功能。

    Cimatron 是一套面式模具制造業(yè)的優(yōu)秀CAD/CAM 軟件，不僅提供了完整的造型設(shè)計(jì)、制圖、分析及加工編程功能，而且對(duì)型腔模具的整個(gè)制造過(guò)程，可提供一個(gè)理想的解決方案，尤其是其應(yīng)用了原創(chuàng)的基于知識(shí)的加工、自動(dòng)化NC 和基于毛坯殘留知識(shí)三大技術(shù)為基礎(chǔ)的智能NC［1］，使其成為當(dāng)今最為理想的型腔模高速編程軟件之一。以下結(jié)合Cimatron 在實(shí)際加工中的應(yīng)用，介紹其編程過(guò)程及對(duì)型腔模高速加工方法和策略。

1 Cimatron 加工編程過(guò)程

    1.1 建立模型

    可以直接通過(guò)Cimatron 進(jìn)行產(chǎn)品的造型，也可以用其它的CAD 軟件通過(guò)IGES 標(biāo)準(zhǔn)格式轉(zhuǎn)換

成為Cimatron 的模型格式。具體的操作過(guò)程是：在Cimatron 的DataInteface 模塊中選擇application———IGES———read，在input 欄中選擇igs 文件，按下Execute 即完成零件模型格式的轉(zhuǎn)換。

    1.2 建立加工坐標(biāo)系

    進(jìn)入Cimatron 環(huán)境，打開(kāi)零件模型，選擇NC加工菜單，系統(tǒng)提示選擇一個(gè)加工坐標(biāo)系，如果不存在就要建立一個(gè)加工坐標(biāo)系。Cimatron 提供4種方法建立加工坐標(biāo)系，通常采用三點(diǎn)定位的方式。建立加工坐標(biāo)系一定要以合理的零件裝夾方式、方便測(cè)量為原則。一般取零件上表面的中心點(diǎn)為加工坐標(biāo)系的原點(diǎn)。

    1.3 刀具設(shè)定

    在Cimatron 中刀具定義非常靈活，選擇了一個(gè)加工過(guò)程，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)判斷刀具庫(kù)中有沒(méi)有符合要求的刀具，如果有系統(tǒng)就默認(rèn)使用上一次用過(guò)的刀具；如果沒(méi)有系統(tǒng)就自動(dòng)顯示刀具定義菜單，要求定義刀具參數(shù)。

    1.4 工步編輯

    在工步編輯過(guò)程中，要求確定哪些特征能在一次裝夾中完成，并安排加工順序及使用的刀具，最后確定使用何種加工方式來(lái)分別完成這些工步。選擇了一種加工方式，需要定義加工對(duì)象、加工范圍以及加工參數(shù)（如轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、每層的切削量、加工余量、進(jìn)刀方式和安全平面等）。

    每一工步各種參數(shù)定義完后，由軟件完成刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的計(jì)算，并可進(jìn)行加工仿真。當(dāng)軌跡不理想時(shí)，可重新修改參數(shù)并進(jìn)行計(jì)算。在某些情況下，直接對(duì)軌跡進(jìn)行編程也能取得良好效果。

    1.5 后置處理

    所有工步的刀具軌跡生成后，通過(guò)專用的后置處理程序，轉(zhuǎn)為加工G 代碼。

2 Cimatron 高速加工模塊剖析及走刀策略

    高速加工中心具有預(yù)覽功能，在刀具需要急速轉(zhuǎn)彎時(shí)加工中心會(huì)提前預(yù)減速，在完成轉(zhuǎn)彎后再提高運(yùn)動(dòng)速度。機(jī)床的這一功能主要是為避免慣性沖擊過(guò)大，從而導(dǎo)致慣性過(guò)切或機(jī)床主軸損壞而設(shè)置的。在使用Cimatron 的CAM 系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控編程時(shí)，要盡可能保證刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的光滑與平穩(wěn)。另外，在高速加工中，刀具的運(yùn)動(dòng)速度很高，采用的刀具通常很小，因此要求在加工過(guò)程中保持固定的刀具載荷，避免刀具過(guò)載損壞機(jī)床主軸。Cimatron 提供了多種加工方法和移刀方式。

    （a）輪廓的螺旋線加工。螺旋式加工是沿著封閉的輪廓向下做螺旋切削，中間沒(méi)有進(jìn)退刀，切削過(guò)程持續(xù)恒定。從工序模式管理表單擊CREATE-MILL-USR 單擊右鍵后，點(diǎn)擊NC 文件夾中的helicprf. dll，定義參數(shù)可產(chǎn)生螺旋刀路（圖1）

b）擺線輪廓加工［2］。當(dāng)選擇Profile（輪廓）加工在工藝參數(shù)界面內(nèi)會(huì)推薦選用TROCHOID 高速走刀。選用這種方式的優(yōu)點(diǎn)是：能確保機(jī)床以最具挑戰(zhàn)性的工藝參數(shù)去除毛坯材料，從而提高機(jī)床的切削效率。它適用于高硬材料（HRC50 以上）的窄槽和型腔加工（如圖2）。

（c）獨(dú)特移刀策略的曲面型腔加工。工序模式選擇曲面型腔 SRFPKT，其工藝參數(shù)界面內(nèi)會(huì)提供一個(gè)HSM BET. PASSES ON/OFF 開(kāi)關(guān)，選ON 且選定ROUGH 或ROUGH + FINISH 及PARALLELCUT 時(shí)，界面會(huì)彈出LOOPS INWARDS/LOOPSOUTWARDS/GOLFCLUB 三種移刀策略（如圖3）；選SPIRAL CUT，界面會(huì)彈出ALL CORNER：ROUND/LOOP（如圖4）。這種刀路能實(shí)現(xiàn)刀軌邊角的光滑過(guò)渡，確保機(jī)床在移刀過(guò)程中刀具恒速進(jìn)給，從而有效減緩機(jī)床振動(dòng)、避免刀具干涉等現(xiàn)象的發(fā)生。

（d）基于知識(shí)的等高（WCUT）加工。WCUT 的工藝參數(shù)序界面中，在ROUGH 和ROUGH + FINISH狀態(tài)下，選用WITHSTOCK 和MIN. WIDTH 組合按鈕，可以判斷毛坯量并進(jìn)行智能二次粗加工。

    在FINISH 狀態(tài)下，選擇HSM BETWEEN LAYERCONNECT YES/NO 中的YES 功能，則加工層與層之間采用NURBS 光滑連接（如圖5）。其優(yōu)點(diǎn)是待加工曲面的平坦區(qū)域與陡峭區(qū)域被自動(dòng)識(shí)別，使精加工的余量更均勻，表面質(zhì)量更高。

3 Cimatron 型腔模高速加工的編程策略

    在型腔模零件三軸數(shù)控銑削加工中，從規(guī)則形狀毛坯到精整處理前的零件加工，其銑削加工工藝一般分為粗加工、半精加工、精加工及清根加工［3］。

    粗加工可采用插削等加工方式，但是等高（WCUT）銑削具有高效的環(huán)繞切削走刀及智能化的進(jìn)刀設(shè)置，同時(shí)具有獨(dú)特的層間加工功能，因此是最常用的粗加工方法。

    Cimatron 具有基于毛坯殘留知識(shí)功能，能根據(jù)毛坯的情況來(lái)生成刀路。使用WCUT/ROUGH作為半精加工工序，并選擇加工參數(shù)中的WITHSTOCK選項(xiàng)，可徹底消除空刀現(xiàn)象，而且刀具的切削載荷更合理，軌跡更流暢。精加工中SRFPKT 及WCUT/FINISH 最為常用，對(duì)于斜率接近于水平面的平坦面，采用SRFPKT工序進(jìn)行沿面加工效果較好，而對(duì)斜率接近于垂直面的陡峭面一般采用WCUT/FINISH 工序加工效果較理想。

4 結(jié)束語(yǔ)

    隨著高速銑削技術(shù)的不斷普及，越來(lái)越多的企業(yè)已經(jīng)在生產(chǎn)實(shí)踐中開(kāi)始應(yīng)用該技術(shù)，編程是其中的一項(xiàng)關(guān)鍵性工作，也是一項(xiàng)創(chuàng)造性的工作。充分挖掘和使用 Cimatron 軟件的高速加工編程技術(shù)，使模具產(chǎn)品以高質(zhì)量、高效率、高壽命、低工期、低成本的姿態(tài)走向市場(chǎng)，爭(zhēng)取更大的空間。

參考文獻(xiàn)：

［1］王達(dá)斌. Cimatron 三軸銑削NC 加工詳解［M］. 北京：北京大學(xué)出版社，2003.

［2］孫全平. Cimatron 軟件的應(yīng)用與研究［J］. 機(jī)械制造與自動(dòng)化，2003（2）：48 - 50.

［3］章泳健. Cimatronit 型腔模數(shù)控加工的常用策略及應(yīng)用研究［J］. 電加工與模具，2004（1）：53 - 56.