Cimatron 是一套面向工模具制造業(yè)的優(yōu)秀CAD/ CAM 軟件,不僅提供了完整的造型設(shè)計(jì)、制圖、分析及加工編程功能,而且對(duì)型腔模具的整個(gè)制造過(guò)程,可提供一個(gè)理想的解決方案。

    Cimatron針對(duì)型腔模具加工中應(yīng)用最為廣泛的三軸銑削加工編程,應(yīng)用其原創(chuàng)的基于毛坯余量知識(shí)的智能NC 編程技術(shù),結(jié)合加工模具零件的各種獨(dú)特功能,使其成為當(dāng)今最理想的型腔模CAM解決方案之一。以下結(jié)合Cimatron在實(shí)際加工中的應(yīng)用介紹其對(duì)型腔模數(shù)控加工的常用策略。

1 Cimatron型腔模數(shù)控加工的常用策略

    在型腔模零件三軸數(shù)控銑削加工中,從規(guī)則形狀毛坯到精整處理(主要指拋光) 前的零件加工,其銑削加工工藝一般可分為粗加工、半精加工、精加工及清根加工四種工序類型。

    在毛坯的粗加工中,雖可采用插削等其他加工形式,但等高切削仍是實(shí)際加工中最常用的形式。Cimatron提供了POCKET、ZCU T、WCU T 三種工序來(lái)支持這種加工形式。由于WCU T ︱ROU GH工序具有高效的環(huán)繞切削走刀及智能化的進(jìn)刀設(shè)置等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)具有獨(dú)特的層間加工功能,因此是最常用的一個(gè)粗加工工序。

    理想的半精加工應(yīng)基于粗加工后毛坯的留殘來(lái)進(jìn)行刀軌計(jì)算,Cimatron具有獨(dú)特的最佳事前優(yōu)化技術(shù),使用WCU T ︱ROU GH 工序,并選擇加工參數(shù)中的WITHSTOCK選項(xiàng),可使刀具軌跡根據(jù)粗加工后毛坯的殘留情況來(lái)生成,不僅徹底消除了空刀現(xiàn)象,而且刀具的切削載荷更合理,軌跡更流暢,相比采用事后優(yōu)化技術(shù)能生成更理想的半精加工刀軌。通過(guò)合理設(shè)置層間加工參數(shù),可使兩個(gè)切削層之間的毛坯殘留通過(guò)沿加工面的再加工得到清除,與通過(guò)減小層降高度來(lái)提高零件表面加工精度的方法相比,可在達(dá)到相同效果的前提下,大大提高加工效率。

    針對(duì)零件精加工,Cimatron提供了很多種加工工序來(lái)支持不同的精加工方式。如SURMILL (參數(shù)線加工) 、SURCLR(限制線加工) 、SRFPKT(沿面加工) 、3D STEP (三維步距加工) 及WCU T ︱FIN2ISH(等高線加工) 等, 其中以針對(duì)整個(gè)零件面的SRFPKT 及WCU T ︱FINISH 最為常用。

    對(duì)于整個(gè)加工面來(lái)講,一般采用一種精加工工序總是不盡合理的。對(duì)于斜率接近于水平面的平坦面,采用SRFPKT 工序進(jìn)行沿面加工效果較好,而對(duì)斜率接近于垂直面的陡峭面一般采用WCU T ︱FINISH 工序加工效果較理想。因此,首先需對(duì)加工面進(jìn)行斜率分析,然后根據(jù)加工面的不同特點(diǎn)分別采用合適的走刀形式是最為理想的加工方式。采用WCU T ︱FINISH 工序, 并在加工參數(shù)中選擇BETWEEN LAYERS : HORIZ ,能自動(dòng)對(duì)加工面進(jìn)行斜率分析,并根據(jù)分析結(jié)果對(duì)不同的區(qū)域采用不同的加工形式來(lái)進(jìn)行。

    局部清根工序?qū)δ＞叩募庸ひ仓陵P(guān)重要,除了可使用REMACHINE : PENCIL 基于模型上的圓角中心進(jìn)行單筆清根外, 使用REMACHINE :CL EANUP 能基于毛坯余量情況進(jìn)行多道往復(fù)自動(dòng)清根,以達(dá)到刀具切削平穩(wěn)、載荷均勻的目的。采用該工序,能自動(dòng)利用區(qū)域斜率分析算法對(duì)陡峭和平坦區(qū)域作分別處理,并產(chǎn)生相應(yīng)的刀具路徑。

    型腔模數(shù)控加工的常用策略如表1 所示。

2 Cimatron典型型腔模零件的加工參數(shù)設(shè)置

    典型的型腔模零件有型芯、型腔及電火花加工所需的電極。在各工序特別是在粗加工工序中,應(yīng)根據(jù)零件的不同特點(diǎn),設(shè)置不同的加工參數(shù),以達(dá)到理想的加工效果。以下主要介紹針對(duì)各類零件粗加工的典型參數(shù)設(shè)置。

    2. 1 　型腔類零件的加工

    對(duì)于一般型腔類零件的粗加工, 可使用WCU T ︱ROU GH 工序。根據(jù)此類零件的特點(diǎn),可在加工參數(shù)表中作如下設(shè)定:

    (1) 走刀方式參數(shù)一般設(shè)為SPIRAL CU T ,使刀具圍繞加工面作環(huán)繞切削。

    (2) 加工模型的類型參數(shù)一般設(shè)置為OPENPART: NO ,以限定在加工范圍以內(nèi)進(jìn)刀。如果零件內(nèi)部存在與型腔底面高度不同的島嶼,如圖1 所示,則應(yīng)設(shè)置為OPEN + ISLAND ,以在不同的切削層分別采用毛坯外進(jìn)刀或內(nèi)部預(yù)孔處進(jìn)刀。

    (3) 進(jìn)刀參數(shù)一般采用AU TO ENTRYPOINTS(自動(dòng)進(jìn)刀點(diǎn)) ,當(dāng)需要鉆預(yù)孔點(diǎn)時(shí),可設(shè)為OPTIMIZED ENTRY PNT (優(yōu)化進(jìn)刀點(diǎn)) ,配合設(shè)置CREATE ENTRY PNT : YES ,以產(chǎn)生較少的預(yù)孔點(diǎn),如圖1 所示。

    (4) 進(jìn)刀角度參數(shù)RAMP AN GL E 一般設(shè)置為5°～10°,以采用螺旋線進(jìn)刀,同時(shí)將切削次序參數(shù)設(shè)置為INSIDE OU T ,以便于螺旋線的生成。必要時(shí)可通過(guò)重新設(shè)定MAX RAMP RADIUS 參數(shù)來(lái)調(diào)整螺旋半徑。

    (5) 對(duì)于較深的型腔加工,如使用存在加工盲區(qū)的刀具(如鑲嵌硬質(zhì)合金刀片的環(huán)形刀) 向下切削時(shí)可能出現(xiàn)擱刀現(xiàn)象。通過(guò)將MIN PLUN GESIZE 設(shè)置為刀具直徑減去圓角半徑的兩倍,可防止切入加工范圍太小的區(qū)域,以避免可能產(chǎn)生的危險(xiǎn)。

    2. 2型芯類零件的加工

    粗加工,同樣使用WCU T ︱ROU GH 工序。

    (1) 走刀方式參數(shù)可設(shè)為STOCK SPIRAL ,使刀具圍繞毛坯作環(huán)繞切削,以提高毛坯的切削效率。圖2 為分別采用SPIRAL CU T 及STOCK SPIRAL參數(shù)后對(duì)同一零件生成的不同的粗加工刀具軌跡。(模具人才網(wǎng)歡迎您,網(wǎng)址http://www.mjrc.cn)

    (2) 加工模型的類型參數(shù)一般設(shè)置為OPENPART:OU TER ONL Y,這樣可保證刀具在零件外進(jìn)刀。切削次序參數(shù)一般設(shè)置為OU TSIDE IN ,進(jìn)刀角度參數(shù)RAMP AN GL E 一般設(shè)置為90°。

    (3) 進(jìn)刀參數(shù)一般設(shè)置為AU TO ENTRYPOINTS(自動(dòng)進(jìn)刀點(diǎn)) 。如不理想,則可選擇DE2FINE ENTRY POINTS(自定義進(jìn)刀點(diǎn)) 。

    2. 3 電極的加工

    電極的粗加工設(shè)置基本上與型芯相同。不同處主要在精加工。

    電極模型一般是直接根據(jù)型腔模型得到的,然而電加工時(shí)要求電極與型腔之間存在一個(gè)放電間隙。由于電極模型可能由許多曲面來(lái)構(gòu)成,如果在模型上直接做多曲面偏置會(huì)有一定困難。為了補(bǔ)償放電間隙,需要通過(guò)加工面一定量的過(guò)切來(lái)實(shí)現(xiàn)。

    實(shí)現(xiàn)加工面一定量的過(guò)切有多種方法,如計(jì)算時(shí)采用較小刀具,實(shí)際加工時(shí)采用大一點(diǎn)刀具的“騙刀法”等。但最常用的方法是對(duì)精加工參數(shù)表中的SRF. OFFSET 參數(shù)設(shè)置一個(gè)絕對(duì)值與放電間隙相等的負(fù)值。采用這種方法要求刀具必須是球刀或圓角刀,且圓角半徑大于該值。

    另外,不同的面可能需要設(shè)置不同的過(guò)切量。這可以通過(guò)將有不同過(guò)切要求的面分別定義為零件面組1 ( PART SURF) 及零件面組2 ( PART2SURF) ,并設(shè)置不同的偏置值來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3 應(yīng)用案例

    3. 1　吊鉤鍛模型腔的加工

    吊鉤鍛模為典型的HAL F 模,型腔上下對(duì)稱,下模的三維實(shí)體模型如圖3 所示。毛坯的邊界尺寸為240 mm ×240 mm ×60 mm ,上下平面及四周輪廓已精加工。現(xiàn)需要在加工中心上完成定位孔及整個(gè)型腔的加工,生成的加工工序如下:

    (1) 粗加工按深度分兩個(gè)工序進(jìn)行

    提取型腔輪廓線,采用POCKET ︱CONTOURROU GH + FINISH ,刀具采用直徑為Ø12 mm 的平底銑刀,加工深度范圍0～ - 1. 50 mm ,以SPIRALCU T 的走刀形式一次完成飛邊槽的粗精加工

    余下部分采用WCU T ︱CONTOUR ROU GH ,刀具仍為直徑Ø12 mm的平底銑刀,加工深度范圍- 1. 50 mm～minpz , 以SPIRAL CU T的走刀形式進(jìn)行型腔的等高粗加工。由于平底銑刀無(wú)法加工到型腔底部較平坦的部分曲面,因此需要使用球刀對(duì)型腔進(jìn)行二次粗加工。

    (2) 半精加工

    采用WCU T ︱CONTOUR ROU GH ,刀具采用直徑為<10 mm 的球頭銑刀。加工參數(shù)選擇SPI2RAL CU T、WITH STOCK、BETWEEN LAYERS :ON SRF ,加工型腔底部的殘留余量。

    (3) 精加工

    采用WCU T ︱CONTOUR FINISH ,刀具采用直徑為<6 mm 的球頭銑刀。加工深度范圍- 1. 50mm～ minpz , 加工參數(shù)選擇SPIRAL CU T、BE2TWEEN LAYERS : HORIZ。采用基于自動(dòng)斜率分析結(jié)果的分區(qū)域加工,陡峭面采用等高加工,平坦面采用沿面環(huán)切進(jìn)行精加工。

    (4) 清根加工

    采用REMACHIN ︱CL EANUP , 采用直徑為<4 mm 的球頭銑刀。加工參數(shù)選擇PREV. TOOL=BALL6 ,SPL IT HORZ VERT ,主要用于吊鉤凸耳處的清根及清除其它局部曲率半徑較小處的殘留。

    經(jīng)上述工序加工后,吊鉤鍛模的加工仿真結(jié)果如圖4 所示。

    3. 2 復(fù)印機(jī)面板按鍵模的電極加工

    按鍵模型腔的電極模型如圖5 所示,毛坯的邊界尺寸為100 mm ×85 mm ×35 mm ,上下平面及四周輪廓已精加工,加工深度范圍為0～ - 15 mm。現(xiàn)需要在加工中心上完成定位孔及整個(gè)型腔的加工,生成的加工工序如下

    (1) 粗加工按深度分兩個(gè)工序進(jìn)行

    使用WCU T ︱CONTOUR ROU GH 工序,采用直徑為Ø10 mm 的平底銑刀,加工深度范圍0～ - 15mm ,以STOCK SPIRAL 的走刀形式去除按鍵群周圍的毛坯余量。

    使用WCU T ︱CONTOUR ROU GH 工序,采用直徑Ø4 mm 的平底銑刀,加工深度范圍同上,選擇WITH STOCK,去除上一工序沒(méi)有去除的按鍵間的毛坯余量。

    (2) 半精加工

    由于粗加工后毛坯余量較均勻, 可直接使用WCU T ︱CONTOUR FINISH 來(lái)進(jìn)行半精加工,采用直徑Ø4 mm 的球頭銑刀。層間加工參數(shù)選擇BETWEEN LAYERS : HORIZ , PARALL EL CU T ,采用自動(dòng)分區(qū)域加工,電極側(cè)面采用等高加工,上下表面采用沿面水平切削進(jìn)行精加工。加工面選擇所有模型面,SRF OFFSET = 0 ,電極表面切至模型尺寸。

    (3) 精加工

    為了補(bǔ)充放電間隙,需要對(duì)不同的電極面進(jìn)行過(guò)切。使用WCU T ︱CONTOUR FINISH 工序,刀具仍為直徑4 mm 的球頭銑刀。通過(guò)在模型上對(duì)電極的側(cè)面及上表面設(shè)置不同的顏色,然后在該工序定義零件面的過(guò)程中使用BY CRITERIA 選項(xiàng),選擇所有電極的側(cè)面為PART SRF , 上下表面為PART 2 SRF 。然后分別設(shè)置SRF . OFFSET =- 0. 15 ,PART2 SRF. OFST = - 0. 08 ,使電極表面形成不同的過(guò)切量。加工參數(shù)選擇BETWEENLAYERS: HORIZ , PARALL EL CU T。電極側(cè)面的等高精加工刀軌如圖6 所示,電極上表面的沿面平行切削刀軌如圖7 所示。

    所有上述工序完成后,電極的加工仿真結(jié)果如圖8 所示。

    上述兩個(gè)案例,基本采用了Cimat ron針對(duì)型腔模具零件的加工策略,在實(shí)際加工中取得了非常理想的效果。同時(shí),從上述案例中也不難發(fā)現(xiàn),只有根據(jù)具體加工對(duì)象的特點(diǎn),對(duì)加工策略中的個(gè)別工序進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,并設(shè)置恰當(dāng)?shù)膮?shù),才能使加工既高效又能保證質(zhì)量。