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CimatronCAD/CAM 工件環(huán)境是特別針對(duì)模具行業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的，它除了提供加工領(lǐng)域中全面的加工應(yīng)用，還為用戶(hù)提供代表當(dāng)今最領(lǐng)先的加工技術(shù)----智能NC 。智能 NC 標(biāo)志著 cimatron 在加工領(lǐng)域的重大技術(shù)突破。眾所周知高速精加工之前希望毛坯留量越均勻越好，雖然采用事后的刀具載荷分析與優(yōu)化可以避免由于留量過(guò)大而可能導(dǎo)致崩刀等事故的發(fā)生或影響零件的表面質(zhì)量，但若因零件表面出現(xiàn)大余量的地方很多，就必須多處都要進(jìn)行低速切削這不僅影響了加工效率，也不成為高速銑削加工了，而且加工后的表面質(zhì)量也會(huì)受到很大的影響。這種技術(shù)的存在使得進(jìn)行粗加工計(jì)算時(shí)系統(tǒng)會(huì)在兩層之間查找過(guò)多余量并對(duì)這些部分進(jìn)行自動(dòng)的層間再加工（采用逐次等高法沿面光刀法等），從而使高速精加工之前得到一個(gè)余量非常理想的、均勻的零件表面。這種功能不僅對(duì)于高速銑而且就是對(duì)傳統(tǒng)的數(shù)控銑也可以減少粗加工及二次粗加工的大量時(shí)間。

1 上模結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)

MOTOROLA 的四缸電噴氣管模具共分上模、下模、上芯盒、下芯盒4 個(gè)部分。本文對(duì)上模的數(shù)控加工過(guò)程進(jìn)行分析，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化并設(shè)計(jì)數(shù)控加工程序。上模的內(nèi)部型腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不但有斜面、錐面、斜孔，還有復(fù)雜的螺旋曲面，且分型面又有曲面和斜面過(guò)渡，如果采取傳統(tǒng)的加工方法，不但工藝復(fù)雜，而且可能產(chǎn)生過(guò)切和刀具碰撞現(xiàn)象，精度難以保證，上模圖如圖1 所示。因此，根據(jù)上模的特點(diǎn)，擬定如圖2 所示工藝方案。

圖1 上模圖

圖2 上模加工工藝方案

1.1 編程前的準(zhǔn)備工作

（1）在Cimatron E 4.2 的菜單下將四缸噴氣管模具文件導(dǎo)入，選取適當(dāng)?shù)姆椒ㄐ扪a(bǔ)破損面。

（2）從菜單中選擇工具--參數(shù)設(shè)定，取消使用進(jìn)階工作模式的選項(xiàng)。

（3）在New Tp Folder 菜單下根據(jù)實(shí)際情況，選取三軸數(shù)控銑削模式，以模具造型時(shí)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)----型腔的中心設(shè)定加工基準(zhǔn)坐標(biāo)系。

（4）選擇上模零件及毛坯類(lèi)型，為后續(xù)加工及檢驗(yàn)分析做好準(zhǔn)備。在本文中選擇曲面和方形毛坯，把自動(dòng)預(yù)覽前的方框勾上。

1.2 上模工藝過(guò)程分析

上模原來(lái)的加工工藝采用球刀加工，表面質(zhì)量不好，而且加工方案單一，加工時(shí)間長(zhǎng)達(dá)7 天。所以我們重新設(shè)定加工工藝，以減少加工時(shí)間，提高零件表面精度。

（1） 選擇合適的工藝基準(zhǔn)。上模具有2 個(gè)孔，且呈對(duì)角分布，因此選擇這兩個(gè)孔作為定位基準(zhǔn)，由于這兩個(gè)孔已經(jīng)事先加工好，所以本次數(shù)控編程中不再加工。

（2 ）上模的型面比較復(fù)雜，為了加工方便，將所有面分為4 類(lèi)：結(jié)合面，直槽，型腔和槽。

1. 3 數(shù)控程序優(yōu)化設(shè)計(jì)

為適合高速銑削的要求， Cimatron E 4.2 在粗加工及精細(xì)加工方面具有豐富的走刀方法，包括曲面銑削、輪廓銑削、平行銑削等。根據(jù)上模各個(gè)型面的工藝特點(diǎn)，擬定以下加工流程：

（1 ）粗加工數(shù)控程序設(shè)計(jì)

粗加工刀具軌跡優(yōu)化的目的是提高毛坯除去效率，一般常采用高速等高分層、鉆削排量或其它方

式進(jìn)行刀具軌跡的設(shè)計(jì)。加工平面A ，為了避免刀具產(chǎn)生過(guò)切，選擇平行銑削3D ，選用平行銑削是因?yàn)樗�采用平行掃描線的方式對(duì)由多張曲面構(gòu)成的模型進(jìn)行加工，可以單向和雙向加工，加工效率較高。選擇FlatФ18 的端面銑刀，底面邊界線為輪廓線，表面A 為加工表面。設(shè)置刀具運(yùn)動(dòng)參數(shù)：在Approach & Retract （進(jìn)刀與退刀）中選擇法向，并使用系統(tǒng)默認(rèn)的進(jìn)退刀輪廓值，為了避免刀具與毛坯相碰，使用絕對(duì)坐標(biāo)。粗加工余量為2 mm ，公差0.5 mm 。在Z方向允許最大加工長(zhǎng)度選項(xiàng)中，點(diǎn)選上模右端上角，數(shù)值改為40。

設(shè)定機(jī)床參數(shù)：當(dāng)工件的質(zhì)量要求能夠得到保證時(shí)，為提高生產(chǎn)效率，可選擇較高的進(jìn)給速度，在本次加工中選用300 mm/min 的進(jìn)給速度1000r/min 的轉(zhuǎn)速。

粗銑結(jié)合面C、 F ，選用FlatФ16 的端面銑刀，平行銑削，軟件對(duì)輪廓具有自動(dòng)補(bǔ)差的功能。粗銑B、D 、H ，選用FlatФ10 的立式銑刀，選取量槽的邊界為輪廓線。

粗銑型腔B 、E 、G ，選用環(huán)形銑削，F(xiàn)latФ14的平頭銑刀。采用該方法可以同時(shí)對(duì)多張曲面進(jìn)行加工，進(jìn)刀軌跡是根據(jù)外輪廓的形狀由外向內(nèi)（或由內(nèi)向外）進(jìn)行走刀，尤其適用于加工不同高度的平面，而且剩余的毛坯是比較均勻的，這對(duì)后面的半精加工和精加工來(lái)說(shuō)是很有利的。通過(guò)CimatronE 4.2 的毛坯殘留知識(shí)技術(shù)，在進(jìn)行環(huán)型銑削粗加工計(jì)算時(shí)，系統(tǒng)會(huì)在兩層之間查找過(guò)多余量，并對(duì)這些部分進(jìn)行自動(dòng)的層間再加工，這樣就給后續(xù)加工留下了一個(gè)余量非常理想的、均勻的零件表面。

（2 ）半精加工數(shù)控程序設(shè)計(jì)

半精加工的方法、步驟、選取的輪廓線和加工面與粗加工相同，只是加工余量和粗糙度的選取不一樣。

半精加工平面A 時(shí)選用，F(xiàn)latФ10 的端面銑刀，把加工余量改為0.5 mm ，公差設(shè)為0.05 mm ，進(jìn)給速度改為200 mm/min， 轉(zhuǎn)速改為1500 r/min。半精加工型腔B 、E 、G 時(shí)，選用BallФ10 的球頭銑刀，并加入輪廓走刀，其它設(shè)置和粗加工基本一樣，加工得到的仿真圖也差不多。

（3 ）精加工數(shù)控程序設(shè)計(jì)

精加工刀具軌跡優(yōu)化的目的是提高產(chǎn)品的加工精度可從定位基準(zhǔn)的選擇加工方式走刀方式，這樣水平方向和豎直方向的型面都可以加工。在走刀方式上，為了保證得到高的表面精度，我們選擇牛鼻刀，在保證不過(guò)切、不發(fā)生刀具干涉的情況下，為了縮短加工時(shí)間，盡可能選用較大的刀具。這里用自定義的一把Ф6 的牛鼻刀。

精銑結(jié)合面C、 F ，先進(jìn)行幾何設(shè)置，然后選擇運(yùn)動(dòng)參數(shù)，把進(jìn)退刀改為法線方向，并把安全平面的內(nèi)部高度改為相對(duì)高度，這樣可以節(jié)省刀具空刀的路程，從而減少加工時(shí)間。

精銑型腔B、 E 、G ，選用BallФ6 的球頭銑刀，進(jìn)給速度改為100 mm/min ，轉(zhuǎn)速改為2000 r/min。在精銑過(guò)程中將其圓角半徑定為0.5 mm ，并把裝夾的高度定為100 mm， 這樣可以有效地防止刀柄干涉。最后得到的仿真結(jié)果如圖3 所示。

（4）清角加工

建立新工序，選擇清加工程序 ，Along Contour（沿輪廓）/All Area on Surface （所有區(qū)域在曲面上），系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)分析出哪些區(qū)域是水平區(qū)域，哪些區(qū)域是垂直區(qū)域，在水平區(qū)域采用沿輪廓等距加工，平行切削加工或環(huán)型加工方式，對(duì)垂直區(qū)域采用等高線加工方式，實(shí)現(xiàn)垂直區(qū)域的拐角清理，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)檢測(cè)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。根據(jù)上模的特點(diǎn)，著重針對(duì)槽和型腔，其參數(shù)的設(shè)置和精加工相差不大，選用自動(dòng)直徑為Ф3 的牛鼻刀，其圓角半徑為0.5 mm。

1. 4 模擬加工和檢驗(yàn)分析

圖3 上模精加工模擬圖

通過(guò)把編程模擬加工結(jié)果與加工出的最終零件進(jìn)行比較，以不同的顏色表示不同的偏差值，讓我們可以迅速知道加工結(jié)果、精度和質(zhì)量，查找過(guò)切和加工余量過(guò)大的部分，確定是否使用現(xiàn)有的程序命令或執(zhí)行補(bǔ)充加工，以達(dá)到最優(yōu)的加工結(jié)果，防止廢品的產(chǎn)生。

1. 5 最終程序結(jié)果

在得到正確的刀具程序后，點(diǎn)擊后處理的圖標(biāo)，進(jìn)入Post Process 導(dǎo)入所有工序，在目的文件夾中，選取一個(gè)輸出G 代碼。因?yàn)楫a(chǎn)生的代碼比較大，因?yàn)槠�幅所限，不再敘述�?

2 結(jié)論

新一代的Cimatron E 4.2 功能強(qiáng)大，編程過(guò)程簡(jiǎn)單明了，宜于掌握和使用。本文成功地在MOTOROLA 四缸噴氣管上模的加工中運(yùn)用了Cimatron E 4.2 強(qiáng)大的數(shù)控加工功能，最終生成的數(shù)控代碼約有6.5Mbytes，比原來(lái)提高了大約40% 的效率，取得了滿(mǎn)意的結(jié)果。

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