Cimatron面向精密模具加工的應(yīng)用技術(shù)

近年來，我國(guó)模具制造業(yè)得到了快速發(fā)展，從最初的手工制作到機(jī)械化加工、到電腦化輔助分析等已經(jīng)得到了全面的應(yīng)用。當(dāng)前更是在向更高層次的技術(shù)應(yīng)用邁進(jìn)，比如高速銑削，多軸加工、超聲波技術(shù)以及EDM無人化操作技術(shù)等方面轉(zhuǎn)變。這也是應(yīng)對(duì)當(dāng)前激烈競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境的一種必然趨勢(shì)。

    中國(guó)模具企業(yè)眾多，層次參差不齊，大多數(shù)企業(yè)可能還存在著以下諸多的問題，如：由于各自采用的CAD系統(tǒng)不同，數(shù)據(jù)交換來源多樣，這必然會(huì)造成建模特征以及精度方面的損失，給后續(xù)面向制造的CAD設(shè)計(jì)帶來不便；復(fù)雜模具電極數(shù)量多，設(shè)計(jì)繁瑣、重復(fù)工作量大，效率低；NC加工效率低，刀具、機(jī)床的磨損嚴(yán)重；軟件學(xué)習(xí)周期長(zhǎng)，人力資源結(jié)構(gòu)不合理，成本居高不下等。另一方面，模具工業(yè)面臨的挑戰(zhàn)又在不斷加劇，對(duì)模具精度及復(fù)雜程度的要求越來越高，交貨周期，凈利潤(rùn)等又在不斷下降。因此，模具企業(yè)對(duì)人力、設(shè)備、CAD/CAM軟件方面的要求也在不斷提高，這樣才能獲得更好的發(fā)展機(jī)遇。

    作為全球知名的CAD/CAM軟件供應(yīng)商，具有24年模具行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的以色列Cimatron公司，適應(yīng)潮流的發(fā)展，不斷地革新技術(shù)，推出了一系列適應(yīng)當(dāng)前精密模具加工技術(shù)的應(yīng)用模塊，比如：快速NC技術(shù)、五軸加工、車間級(jí)編程方案、微銑削等。以上應(yīng)用都是基于CAD/CAM的一體化應(yīng)用平臺(tái)，有力地保證了數(shù)據(jù)的一致性、關(guān)聯(lián)性和連貫性。

快速NC技術(shù)

    Cimatron的數(shù)控加工技術(shù)一直處于世界領(lǐng)先的地位，被業(yè)界普遍認(rèn)為是最杰出的數(shù)控編程系統(tǒng)，提供了許多代表當(dāng)今最領(lǐng)先的加工技術(shù)：

圖1 快速預(yù)覽

◆ 基于知識(shí)的加工

    Cimatron考慮模型的特點(diǎn)和當(dāng)前的加工狀況，識(shí)別加工方案相同的區(qū)域進(jìn)行加工，基于斜率分析出陡削區(qū)及平坦區(qū)，自動(dòng)合理地調(diào)整刀路軌跡的生成，合理的選擇進(jìn)退刀位置，使刀路軌跡更合理、更安全和高效。同時(shí)具有特征識(shí)別功能，分析出不同類型的孔系、拐角情況，采用合適的加工工藝和自適應(yīng)的切削速度。對(duì)于不同高度臺(tái)階的零件，在保證加工深度一致的情況下，及時(shí)針對(duì)臺(tái)階進(jìn)行補(bǔ)刀，確保殘留量的一致性，為下道工序的走刀創(chuàng)造良好的條件。系統(tǒng)還提供了專家級(jí)的刀具庫，不但能保存刀具的幾何參數(shù)，還能把刀具的機(jī)械參數(shù)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)保存進(jìn)去，任何時(shí)候使用者都可以方便的導(dǎo)入，省去了記憶很多繁瑣、枯燥加工參數(shù)的必要。

圖2 3+2軸深腔加工

◆ 基于殘留毛坯的加工

    能實(shí)時(shí)知道當(dāng)前的毛坯狀況，分析實(shí)際的加工區(qū)域，只在有毛坯的地方產(chǎn)生刀路軌跡，去除空走刀，并且自動(dòng)尋找安全的下刀點(diǎn)位置，生成合理的加工程序。用戶也可根據(jù)需要自定特定形狀的毛坯。任何一道工序的完成，系統(tǒng)都清楚地知道當(dāng)前加工結(jié)果的毛坯殘留狀況，利用毛坯信息可以優(yōu)化隨后產(chǎn)生的刀路軌跡。進(jìn)行真實(shí)的刀具卡頭的干涉檢查，采用卡頭信息與零件上殘留毛坯的校驗(yàn),而不是與零件的理論模型進(jìn)行校驗(yàn)。毛坯殘留知識(shí)允許用戶在任何時(shí)間檢查實(shí)際的毛坯余量，因而在把加工過程結(jié)果送交加工車間之前，用戶完全可以對(duì)結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)的檢查，系統(tǒng)提供了線架刀軌檢查、仿真模擬檢查和結(jié)合毛坯知識(shí)的色表彩圖檢查，來保證加工結(jié)果的正確性。更重要的是這種殘留毛坯技術(shù)不但能用到所有的三軸加工方法上，還可用到某些五軸的加工場(chǎng)合。

圖3 5軸聯(lián)動(dòng)深腔加工

◆ 自動(dòng)化參數(shù)加工

    可以根據(jù)不同的加工策略，收集和積累典型的工藝過程及其參數(shù)而形成加工模板，在選取幾何對(duì)象時(shí)，可采用零件識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)幾何模型區(qū)域的自動(dòng)選擇，這樣可以把NC方案應(yīng)用于新的幾何模型。工藝參數(shù)的設(shè)定可以采用參數(shù)化的方法完成，如在設(shè)定加工高度和加工的最深位置時(shí)，這些和零件幾何相關(guān)的信息不需要用戶去測(cè)量零件上點(diǎn)的坐標(biāo)再根據(jù)測(cè)量結(jié)果輸入數(shù)值，而可直接設(shè)定為系統(tǒng)的參數(shù)變量，如：Maxpz 和Minpz ，并且這些變量可組合成數(shù)學(xué)公式直接填入?yún)��?shù)區(qū)， 如：切削深度和側(cè)向進(jìn)給的大小可以直接建立成刀具直徑的關(guān)系式 (0.0250*tldi /0.40*tldi )。

圖4 機(jī)床仿真

◆ 獨(dú)一無二的快速預(yù)覽功能

    快速預(yù)覽其實(shí)也是基于毛坯信息的一種計(jì)算，其效果可做到只需輸入相關(guān)的切削參數(shù)，無需計(jì)算刀路，就可快速地顯示刀軌的加工效果。特別是當(dāng)編程人員經(jīng)驗(yàn)不足，需要不斷嘗試不同切削參數(shù)，然后再計(jì)算再模擬的情況下，快速預(yù)覽可大大節(jié)約編程時(shí)間。在預(yù)覽界面內(nèi)用戶可直接控制要預(yù)覽的范圍、深度、刀具刀柄的形狀、最佳刀長(zhǎng)、加工策略、切削前后的毛坯狀況，殘料分布等。這樣的話編程者在幾秒鐘內(nèi)（而不是傳統(tǒng)的幾個(gè)小時(shí)后）就可決定編制出的NC程序是否合適，以確保最終的計(jì)算一次成功，這樣既縮短了整個(gè)NC編程的時(shí)間，也提高了編程效率。

◆ 先進(jìn)的高速銑削方法

    Cimatron可采用多種高速銑削的策略，例如：基于殘留毛坯的自動(dòng)計(jì)算、路徑角部圓角連接、零重疊擺線精加工、高級(jí)層間清理加工、基于斜率的分析計(jì)算、S形連刀和螺旋下刀、自適應(yīng)Z層精加工和流線加工、進(jìn)給速度的自動(dòng)優(yōu)化等。最終高速加工可達(dá)到減少加工時(shí)間，降低刀具磨損和破壞的作用。在精加工策略方面，完全支持三維等步距加工，針對(duì)陡峭部的自動(dòng)插銑計(jì)算，平坦區(qū)域的自動(dòng)偵測(cè)并可采用非球刀銑削，細(xì)部仿形加工等。

強(qiáng)大完善的五軸加工

    Cimatron E 提供了完整的5軸功能，包括定位加工、聯(lián)動(dòng)加工、自動(dòng)傾斜加工以及裁邊加工。

    在定位加工方面所有的三軸策略都可使用，為保證換向時(shí)刀路連接的安全性，Cimatron E提供了特殊的5軸連刀功能，多軸毛坯的計(jì)算保證了殘留毛坯在多軸加工方面的應(yīng)用，確保刀路的安全、準(zhǔn)確和無空切。

    Cimatron E的五軸連動(dòng)能加工出五軸能做的任何工作，比如：葉輪葉片、彎管接頭、刀體、航空零件、模型玩具、深腔模具、輪胎模具等。具有豐富的五軸加工策略，多樣化的刀軸控制，完全的干涉檢查，各種快速或非快速的連刀方式，5軸開粗支持特殊毛坯的定義，多層多刀加工，還有五軸插銑開粗等。

    五軸傾斜加工是 Cimatron E專為深腔、細(xì)筋以及微小圓角等零件提供的特殊快速加工策略，一鍵式的五軸傾斜功能，使用者能通過使用更短、剛性更好的刀具獲得最高的加工質(zhì)量，縮短加工時(shí)間。

    Cimatron E還為真空成型零件切除多余材料提供了完整的五軸裁剪功能。

    五軸可視化模擬，包括了線架仿真、高級(jí)五軸毛坯去除仿真，以及真實(shí)環(huán)境的機(jī)床仿真等，確保五軸程式在上機(jī)之前有絕對(duì)的安全保障。

    針對(duì)五軸后處理的編寫，Cimatron E專門開發(fā)了GPP2第二代后處理平臺(tái)，可針對(duì)任何類型機(jī)器、任何控制系統(tǒng)編寫出特定的五軸后置處理器。

圖5 NC Lite界面

車間級(jí)編程的利器 － NC Lite

    Cimatron NC Lite 是車間編程的理想解決方案，它包括從2.5 軸鉆孔到完全的3軸加工以及5軸定位加工，是一個(gè)強(qiáng)大的車間級(jí)加工解決方案。簡(jiǎn)單或中等復(fù)雜的工作都可以在車間快速地完成編程，從開粗到精加工。在不犧牲加工質(zhì)量的前提下節(jié)約了時(shí)間和成本。NC Lite最大的特點(diǎn)就是易學(xué)易用，車間操作人員只需經(jīng)過一天的培訓(xùn)，便可編寫出所要求的刀具路徑。

圖6 微銑削案例

全球第一款微銑削編程系統(tǒng)

    微銑削（Micro-milling）是加工微小零件和高精密零件的一種全新加工技術(shù)，是在高速銑削基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展起來的先進(jìn)加工技術(shù)。對(duì)于微型高精度零件——Cimatron E微銑削程序通過優(yōu)化可以加工0.1mm以下的零件，其公差可達(dá)到0.00001mm，并實(shí)現(xiàn)高精度的曲面質(zhì)量。Cimatron E的微銑削技術(shù)通過識(shí)別真實(shí)的殘留微型毛坯，具有同普通編程一樣的開粗、二次開粗、精加工、清角、流線銑以及擺線加工等策略，保證刀路軌跡的高效安全，同時(shí)Cimatron E 提供了獨(dú)特的算法以及特殊的加工策略，這些都是傳統(tǒng)的NC軟件所不能實(shí)現(xiàn)的。該解決方案典型的特征包括：高精度、小公差加工、高效處理導(dǎo)入的低質(zhì)量曲面模型、直接曲面加工以及3軸5軸的刀具路徑，滿足并超越了微型刀具加工的要求。由于Cimatron E是一套 CAD/CAM一體化的軟件系統(tǒng)，因此，非常方便用來修復(fù)幾何模型，把各種破損的曲面縫合成嚴(yán)密的實(shí)體模型，滿足了微銑削的精度要求。