Cimatron面向精密模具加工的應用技術

近年來，我國模具制造業(yè)得到了快速發(fā)展，從最初的手工制作到機械化加工、到電腦化輔助分析等已經得到了全面的應用。當前更是在向更高層次的技術應用邁進，比如高速銑削，多軸加工、超聲波技術以及EDM無人化操作技術等方面轉變。這也是應對當前激烈競爭環(huán)境的一種必然趨勢。

    中國模具企業(yè)眾多，層次參差不齊，大多數企業(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，數據交換來源多樣，這必然會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設計帶來不便；復雜模具電極數量多，設計繁瑣、重復工作量大，效率低；NC加工效率低，刀具、機床的磨損嚴重；軟件學習周期長，人力資源結構不合理，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，對模具精度及復雜程度的要求越來越高，交貨周期，凈利潤等又在不斷下降。因此，模具企業(yè)對人力、設備、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)展機遇。

    作為全球知名的CAD/CAM軟件供應商，具有24年模具行業(yè)經驗的以色列Cimatron公司，適應潮流的發(fā)展，不斷地革新技術，推出了一系列適應當前精密模具加工技術的應用模塊，比如：快速NC技術、五軸加工、車間級編程方案、微銑削等。以上應用都是基于CAD/CAM的一體化應用平臺，有力地保證了數據的一致性、關聯性和連貫性。

快速NC技術

    Cimatron的數控加工技術一直處于世界領先的地位，被業(yè)界普遍認為是最杰出的數控編程系統(tǒng)，提供了許多代表當今最領先的加工技術：

圖1 快速預覽

◆ 基于知識的加工

    Cimatron考慮模型的特點和當前的加工狀況，識別加工方案相同的區(qū)域進行加工，基于斜率分析出陡削區(qū)及平坦區(qū)，自動合理地調整刀路軌跡的生成，合理的選擇進退刀位置，使刀路軌跡更合理、更安全和高效。同時具有特征識別功能，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的切削速度。對于不同高度臺階的零件，在保證加工深度一致的情況下，及時針對臺階進行補刀，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)還提供了專家級的刀具庫，不但能保存刀具的幾何參數，還能把刀具的機械參數及運動參數保存進去，任何時候使用者都可以方便的導入，省去了記憶很多繁瑣、枯燥加工參數的必要。

圖2 3+2軸深腔加工

◆ 基于殘留毛坯的加工

    能實時知道當前的毛坯狀況，分析實際的加工區(qū)域，只在有毛坯的地方產生刀路軌跡，去除空走刀，并且自動尋找安全的下刀點位置，生成合理的加工程序。用戶也可根據需要自定特定形狀的毛坯。任何一道工序的完成，系統(tǒng)都清楚地知道當前加工結果的毛坯殘留狀況，利用毛坯信息可以優(yōu)化隨后產生的刀路軌跡。進行真實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,而不是與零件的理論模型進行校驗。毛坯殘留知識允許用戶在任何時間檢查實際的毛坯余量，因而在把加工過程結果送交加工車間之前，用戶完全可以對結果進行詳細的檢查，系統(tǒng)提供了線架刀軌檢查、仿真模擬檢查和結合毛坯知識的色表彩圖檢查，來保證加工結果的正確性。更重要的是這種殘留毛坯技術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合。

圖3 5軸聯動深腔加工

◆ 自動化參數加工

    可以根據不同的加工策略，收集和積累典型的工藝過程及其參數而形成加工模板，在選取幾何對象時，可采用零件識別標準來實現幾何模型區(qū)域的自動選擇，這樣可以把NC方案應用于新的幾何模型。工藝參數的設定可以采用參數化的方法完成，如在設定加工高度和加工的最深位置時，這些和零件幾何相關的信息不需要用戶去測量零件上點的坐標再根據測量結果輸入數值，而可直接設定為系統(tǒng)的參數變量，如：Maxpz 和Minpz ，并且這些變量可組合成數學公式直接填入參數區(qū)， 如：切削深度和側向進給的大小可以直接建立成刀具直徑的關系式 (0.0250*tldi /0.40*tldi )。

圖4 機床仿真

◆ 獨一無二的快速預覽功能

    快速預覽其實也是基于毛坯信息的一種計算，其效果可做到只需輸入相關的切削參數，無需計算刀路，就可快速地顯示刀軌的加工效果。特別是當編程人員經驗不足，需要不斷嘗試不同切削參數，然后再計算再模擬的情況下，快速預覽可大大節(jié)約編程時間。在預覽界面內用戶可直接控制要預覽的范圍、深度、刀具刀柄的形狀、最佳刀長、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（而不是傳統(tǒng)的幾個小時后）就可決定編制出的NC程序是否合適，以確保最終的計算一次成功，這樣既縮短了整個NC編程的時間，也提高了編程效率。

◆ 先進的高速銑削方法

    Cimatron可采用多種高速銑削的策略，例如：基于殘留毛坯的自動計算、路徑角部圓角連接、零重疊擺線精加工、高級層間清理加工、基于斜率的分析計算、S形連刀和螺旋下刀、自適應Z層精加工和流線加工、進給速度的自動優(yōu)化等。最終高速加工可達到減少加工時間，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，針對陡峭部的自動插銑計算，平坦區(qū)域的自動偵測并可采用非球刀銑削，細部仿形加工等。

強大完善的五軸加工

    Cimatron E 提供了完整的5軸功能，包括定位加工、聯動加工、自動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，多軸毛坯的計算保證了殘留毛坯在多軸加工方面的應用，確保刀路的安全、準確和無空切。

    Cimatron E的五軸連動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量，縮短加工時間。

    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、高級五軸毛坯去除仿真，以及真實環(huán)境的機床仿真等，確保五軸程式在上機之前有絕對的安全保障。

    針對五軸后處理的編寫，Cimatron E專門開發(fā)了GPP2第二代后處理平臺，可針對任何類型機器、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，是一個強大的車間級加工解決方案。簡單或中等復雜的工作都可以在車間快速地完成編程，從開粗到精加工。在不犧牲加工質量的前提下節(jié)約了時間和成本。NC Lite最大的特點就是易學易用，車間操作人員只需經過一天的培訓，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，是在高速銑削基礎上進一步發(fā)展起來的先進加工技術。對于微型高精度零件——Cimatron E微銑削程序通過優(yōu)化可以加工0.1mm以下的零件，其公差可達到0.00001mm，并實現高精度的曲面質量。Cimatron E的微銑削技術通過識別真實的殘留微型毛坯，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Cimatron E 提供了獨特的算法以及特殊的加工策略，這些都是傳統(tǒng)的NC軟件所不能實現的。該解決方案典型的特征包括：高精度、小公差加工、高效處理導入的低質量曲面模型、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，非常方便用來修復幾何模型，把各種破損的曲面縫合成嚴密的實體模型，滿足了微銑削的精度要求。