Cimatron面向精密模具加工的应用技术

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4 D) l# W- K) i, C/ F) y2 t近年来，我国模具制造业得到了快速发展，从最初的手工制作到机械化加工、到电脑化辅助分析等已经得到了全面的应用。当前更是在向更高层次的技术应用迈进，比如高速铣削，多轴加工、超声波技术以及EDM无人化操作技术等方面转变。这也是应对当前激烈竞争环境的一种必然趋势。
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中国模具企业众多，层次参差不齐，大多数企业可能还存在着以下诸多的问题，如：由于各自采用的CAD系统不同，数据交换来源多样，这必然会造成建模特征以及精度方面的损失，给后续面向制造的CAD设计带来不便；复杂模具电极数量多，设计繁琐、重复工作量大，效率低；NC加工效率低，刀具、机床的磨损严重；软件学习周期长，人力资源结构不合理，成本居高不下等。另一方面，模具工业面临的挑战又在不断加剧，对模具精度及复杂程度的要求越来越高，交货周期，净利润等又在不断下降。因此，模具企业对人力、设备、CAD/CAM软件方面的要求也在不断提高，这样才能获得更好的发展机遇。

作为全球知名的CAD/CAM软件供应商，具有24年模具行业经验的以色列Cimatron公司，适应潮流的发展，不断地革新技术，推出了一系列适应当前精密模具加工技术的应用模块，比如：快速NC技术、五轴加工、车间级编程方案、微铣削等。以上应用都是基于CAD/CAM的一体化应用平台，有力地保证了数据的一致性、关联性和连贯性。

+ p0 Y& W$ _# i: z+ v快速NC技术

4 e6 m5 N5 I7 H. CCimatron的数控加工技术一直处于世界领先的地位，被业界普遍认为是最杰出的数控编程系统，提供了许多代表当今最领先的加工技术：

图1 快速预览

◆ 基于知识的加工
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Cimatron考虑模型的特点和当前的加工状况，识别加工方案相同的区域进行加工，基于斜率分析出陡削区及平坦区，自动合理地调整刀路轨迹的生成，合理的选择进退刀位置，使刀路轨迹更合理、更安全和高效。同时具有特征识别功能，分析出不同类型的孔系、拐角情况，采用合适的加工工艺和自适应的切削速度。对于不同高度台阶的零件，在保证加工深度一致的情况下，及时针对台阶进行补刀，确保残留量的一致性，为下道工序的走刀创造良好的条件。系统还提供了专家级的刀具库，不但能保存刀具的几何参数，还能把刀具的机械参数及运动参数保存进去，任何时候使用者都可以方便的导入，省去了记忆很多繁琐、枯燥加工参数的必要。

图2 3+2轴深腔加工

◆ 基于残留毛坯的加工
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能实时知道当前的毛坯状况，分析实际的加工区域，只在有毛坯的地方产生刀路轨迹，去除空走刀，并且自动寻找安全的下刀点位置，生成合理的加工程序。用户也可根据需要自定特定形状的毛坯。任何一道工序的完成，系统都清楚地知道当前加工结果的毛坯残留状况，利用毛坯信息可以优化随后产生的刀路轨迹。进行真实的刀具卡头的干涉检查，采用卡头信息与零件上残留毛坯的校验,而不是与零件的理论模型进行校验。毛坯残留知识允许用户在任何时间检查实际的毛坯余量，因而在把加工过程结果送交加工车间之前，用户完全可以对结果进行详细的检查，系统提供了线架刀轨检查、仿真模拟检查和结合毛坯知识的色表彩图检查，来保证加工结果的正确性。更重要的是这种残留毛坯技术不但能用到所有的三轴加工方法上，还可用到某些五轴的加工场合。

图3 5轴联动深腔加工

◆ 自动化参数加工

+ f1 w7 x! y/ M- [7 Z# W可以根据不同的加工策略，收集和积累典型的工艺过程及其参数而形成加工模板，在选取几何对象时，可采用零件识别标准来实现几何模型区域的自动选择，这样可以把NC方案应用于新的几何模型。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测量零件上点的坐标再根据测量结果输入数值，而可直接设定为系统的参数变量，如：Maxpz 和Minpz ，并且这些变量可组合成数学公式直接填入参数区， 如：切削深度和侧向进给的大小可以直接建立成刀具直径的关系式 (0.0250*tldi /0.40*tldi )。

图4 机床仿真

◆ 独一无二的快速预览功能

* c& f6 L- j8 y% h# T) f快速预览其实也是基于毛坯信息的一种计算，其效果可做到只需输入相关的切削参数，无需计算刀路，就可快速地显示刀轨的加工效果。特别是当编程人员经验不足，需要不断尝试不同切削参数，然后再计算再模拟的情况下，快速预览可大大节约编程时间。在预览界面内用户可直接控制要预览的范围、深度、刀具刀柄的形状、最佳刀长、加工策略、切削前后的毛坯状况，残料分布等。这样的话编程者在几秒钟内（而不是传统的几个小时后）就可决定编制出的NC程序是否合适，以确保最终的计算一次成功，这样既缩短了整个NC编程的时间，也提高了编程效率。

◆ 先进的高速铣削方法

Cimatron可采用多种高速铣削的策略，例如：基于残留毛坯的自动计算、路径角部圆角连接、零重叠摆线精加工、高级层间清理加工、基于斜率的分析计算、S形连刀和螺旋下刀、自适应Z层精加工和流线加工、进给速度的自动优化等。最终高速加工可达到减少加工时间，降低刀具磨损和破坏的作用。在精加工策略方面，完全支持三维等步距加工，针对陡峭部的自动插铣计算，平坦区域的自动侦测并可采用非球刀铣削，细部仿形加工等。
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, y, u( K" a+ n, h, [强大完善的五轴加工
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$ l( _0 ~3 d4 l% p, Y- X" PCimatron E 提供了完整的5轴功能，包括定位加工、联动加工、自动倾斜加工以及裁边加工。
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在定位加工方面所有的三轴策略都可使用，为保证换向时刀路连接的安全性，Cimatron E提供了特殊的5轴连刀功能，多轴毛坯的计算保证了残留毛坯在多轴加工方面的应用，确保刀路的安全、准确和无空切。

Cimatron E的五轴连动能加工出五轴能做的任何工作，比如：叶轮叶片、弯管接头、刀体、航空零件、模型玩具、深腔模具、轮胎模具等。具有丰富的五轴加工策略，多样化的刀轴控制，完全的干涉检查，各种快速或非快速的连刀方式，5轴开粗支持特殊毛坯的定义，多层多刀加工，还有五轴插铣开粗等。
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五轴倾斜加工是 Cimatron E专为深腔、细筋以及微小圆角等零件提供的特殊快速加工策略，一键式的五轴倾斜功能，使用者能通过使用更短、刚性更好的刀具获得最高的加工质量，缩短加工时间。
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Cimatron E还为真空成型零件切除多余材料提供了完整的五轴裁剪功能。

五轴可视化模拟，包括了线架仿真、高级五轴毛坯去除仿真，以及真实环境的机床仿真等，确保五轴程式在上机之前有绝对的安全保障。
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, u3 g) R' p# U5 d2 e8 c: B  O针对五轴后处理的编写，Cimatron E专门开发了GPP2第二代后处理平台，可针对任何类型机器、任何控制系统编写出特定的五轴后置处理器。

图5 NC Lite界面

车间级编程的利器 － NC Lite
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Cimatron NC Lite 是车间编程的理想解决方案，它包括从2.5 轴钻孔到完全的3轴加工以及5轴定位加工，是一个强大的车间级加工解决方案。简单或中等复杂的工作都可以在车间快速地完成编程，从开粗到精加工。在不牺牲加工质量的前提下节约了时间和成本。NC Lite最大的特点就是易学易用，车间操作人员只需经过一天的培训，便可编写出所要求的刀具路径。

图6 微铣削案例

全球第一款微铣削编程系统
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& C- y0 `% R. i7 K$ V微铣削（Micro-milling）是加工微小零件和高精密零件的一种全新加工技术，是在高速铣削基础上进一步发展起来的先进加工技术。对于微型高精度零件——Cimatron E微铣削程序通过优化可以加工0.1mm以下的零件，其公差可达到0.00001mm，并实现高精度的曲面质量。Cimatron E的微铣削技术通过识别真实的残留微型毛坯，具有同普通编程一样的开粗、二次开粗、精加工、清角、流线铣以及摆线加工等策略，保证刀路轨迹的高效安全，同时Cimatron E 提供了独特的算法以及特殊的加工策略，这些都是传统的NC软件所不能实现的。该解决方案典型的特征包括：高精度、小公差加工、高效处理导入的低质量曲面模型、直接曲面加工以及3轴5轴的刀具路径，满足并超越了微型刀具加工的要求。由于Cimatron E是一套 CAD/CAM一体化的软件系统，因此，非常方便用来修复几何模型，把各种破损的曲面缝合成严密的实体模型，满足了微铣削的精度要求。