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Cimatron E在数码相机型腔模高速加工中的应用

Cimatron E在数码相机型腔模高速加工中的应用 2011年12月04日 来源： 由于模具制造业的快速发展和推广，市场竞争日益激烈，模具的精度要求越来越高，制造周期要求越来越短，制造成本也要求减少到最低，因此对每一个模具制造商来说，必需采用当前先进的制作方法、设备和高素质的人才。在模具CNC加工方面，高速加工是一种先进实用的加工技术之一，在模具业得到了广泛的应用。高速加工是在高转速、高进给、低负荷的状态下切削加工的，单位时间内材料的去除率非常高，由于切削量少，切削力小，因此刀具的变形及振动都减少。切削时铁屑又会带走大部分的切削热，因此工件的热变形少，加工出来的模具精度高，光洁度好。另一方面因在高速加工过程中不可能随时紧急地把机床停下来，因此对编程的CAM软件来说必需具有极高的安全策略和稳定丰富的加工策略。Cimatron E6.02在业界是一套高智能、高效率并最具安全的数控编程系统之一，从粗加工、残余毛坯的再次粗加工、半精加工、精加工及自动清角等，整个流程都有完善的高速加工策略。本文祥细讲解以数位相机型腔模的高速加工中，Cimatron E应对的刀路编程特色。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。

图1　粗加工正面图

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。

图2　粗加工侧面图

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。

图4　精加工路径

4．清角对复杂模具自动清角尤其重要，Cimatron 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。

图5　自动清角

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。

图6　机床摸拟

6．后处理及自动化程式工艺单程序编制完毕，如何输出最优化的NC程式也是至关重要的，Cimatron E支持各种控制器类型，代码可按直线、圆弧插补输出，也可输出高速控制器具有的NURBS曲线插补形式。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

综上所述，Cimatron 在模具加工领域独特的观念，使Cimatron已经成为当今数控加工、特别是高速加工的首选软件之一，Cimatron的加工技术仍在继续、快速地发展，保持世界领先的地位。Cimatron高速铣削编程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、美的模具制造中心、富港电子（东莞）有限公司、珠海及成通讯设备有限公司等。(end)

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