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CimatronCAD/CAM 工件環境是特別針對模具行業設計開發的，它除了提供加工領域中全面的加工應用，還為用戶提供代表當今最領先的加工技術----智能NC 。智能 NC 標志著 cimatron 在加工領域的重大技術突破。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化可以避免由于留量過大而可能導致崩刀等事故的發生或影響零件的表面質量，但若因零件表面出現大余量的地方很多，就必須多處都要進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量也會受到很大的影響。這種技術的存在使得進行粗加工計算時系統會在兩層之間查找過多余量并對這些部分進行自動的層間再加工（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余量非常理想的、均勻的零件表面。這種功能不僅對于高速銑而且就是對傳統的數控銑也可以減少粗加工及二次粗加工的大量時間。

1 上模結構特點及數控加工工藝設計

MOTOROLA 的四缸電噴氣管模具共分上模、下模、上芯盒、下芯盒4 個部分。本文對上模的數控加工過程進行分析，對其進行優化并設計數控加工程序。上模的內部型腔結構復雜，不但有斜面、錐面、斜孔，還有復雜的螺旋曲面，且分型面又有曲面和斜面過渡，如果采取傳統的加工方法，不但工藝復雜，而且可能產生過切和刀具碰撞現象，精度難以保證，上模圖如圖1 所示。因此，根據上模的特點，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 編程前的準備工作

（1）在Cimatron E 4.2 的菜單下將四缸噴氣管模具文件導入，選取適當的方法修補破損面。

（2）從菜單中選擇工具--參數設定，取消使用進階工作模式的選項。

（3）在New Tp Folder 菜單下根據實際情況，選取三軸數控銑削模式，以模具造型時的設計基準----型腔的中心設定加工基準坐標系。

（4）選擇上模零件及毛坯類型，為后續加工及檢驗分析做好準備。在本文中選擇曲面和方形毛坯，把自動預覽前的方框勾上。

1.2 上模工藝過程分析

上模原來的加工工藝采用球刀加工，表面質量不好，而且加工方案單一，加工時間長達7 天。所以我們重新設定加工工藝，以減少加工時間，提高零件表面精度。

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

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

1. 3 數控程序優化設計

為適合高速銑削的要求， Cimatron E 4.2 在粗加工及精細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。根據上模各個型面的工藝特點，擬定以下加工流程：

（1 ）粗加工數控程序設計

粗加工刀具軌跡優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

式進行刀具軌跡的設計。加工平面A ，為了避免刀具產生過切，選擇平行銑削3D ，選用平行銑削是因為它采用平行掃描線的方式對由多張曲面構成的模型進行加工，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。設置刀具運動參數：在Approach & Retract （進刀與退刀）中選擇法向，并使用系統默認的進退刀輪廓值，為了避免刀具與毛坯相碰，使用絕對坐標。粗加工余量為2 mm ，公差0.5 mm 。在Z方向允許最大加工長度選項中，點選上模右端上角，數值改為40。

設定機床參數：當工件的質量要求能夠得到保證時，為提高生產效率，可選擇較高的進給速度，在本次加工中選用300 mm/min 的進給速度1000r/min 的轉速。

粗銑結合面C、 F ，選用FlatФ16 的端面銑刀，平行銑削，軟件對輪廓具有自動補差的功能。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 ，選用環形銑削，FlatФ14的平頭銑刀。采用該方法可以同時對多張曲面進行加工，進刀軌跡是根據外輪廓的形狀由外向內（或由內向外）進行走刀，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，這對后面的半精加工和精加工來說是很有利的。通過CimatronE 4.2 的毛坯殘留知識技術，在進行環型銑削粗加工計算時，系統會在兩層之間查找過多余量，并對這些部分進行自動的層間再加工，這樣就給后續加工留下了一個余量非常理想的、均勻的零件表面。

（2 ）半精加工數控程序設計

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 時選用，FlatФ10 的端面銑刀，把加工余量改為0.5 mm ，公差設為0.05 mm ，進給速度改為200 mm/min， 轉速改為1500 r/min。半精加工型腔B 、E 、G 時，選用BallФ10 的球頭銑刀，并加入輪廓走刀，其它設置和粗加工基本一樣，加工得到的仿真圖也差不多。

（3 ）精加工數控程序設計

精加工刀具軌跡優化的目的是提高產品的加工精度可從定位基準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，在保證不過切、不發生刀具干涉的情況下，為了縮短加工時間，盡可能選用較大的刀具。這里用自定義的一把Ф6 的牛鼻刀。

精銑結合面C、 F ，先進行幾何設置，然后選擇運動參數，把進退刀改為法線方向，并把安全平面的內部高度改為相對高度，這樣可以節省刀具空刀的路程，從而減少加工時間。

精銑型腔B、 E 、G ，選用BallФ6 的球頭銑刀，進給速度改為100 mm/min ，轉速改為2000 r/min。在精銑過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 （所有區域在曲面上），系統會自動分析出哪些區域是水平區域，哪些區域是垂直區域，在水平區域采用沿輪廓等距加工，平行切削加工或環型加工方式，對垂直區域采用等高線加工方式，實現垂直區域的拐角清理，系統會根據檢測進行自動調整。根據上模的特點，著重針對槽和型腔，其參數的設置和精加工相差不大，選用自動直徑為Ф3 的牛鼻刀，其圓角半徑為0.5 mm。

1. 4 模擬加工和檢驗分析

圖3 上模精加工模擬圖

通過把編程模擬加工結果與加工出的最終零件進行比較，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果、精度和質量，查找過切和加工余量過大的部分，確定是否使用現有的程序命令或執行補充加工，以達到最優的加工結果，防止廢品的產生。

1. 5 最終程序結果

在得到正確的刀具程序后，點擊后處理的圖標，進入Post Process 導入所有工序，在目的文件夾中，選取一個輸出G 代碼。因為產生的代碼比較大，因為篇幅所限，不再敘述。

2 結論

新一代的Cimatron E 4.2 功能強大，編程過程簡單明了，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用了Cimatron E 4.2 強大的數控加工功能，最終生成的數控代碼約有6.5Mbytes，比原來提高了大約40% 的效率，取得了滿意的結果。

文章地址：http://www.www.direxe.cn/Article/mjjs/200809/172.html