Cimatron型腔模數(shù)控加工的常用策略及應(yīng)用
Cimatron針對型腔模具加工中應(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的智能NC編程技術(shù)，結(jié)合加工模具零件的各種獨特功能，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在實際加工中的應(yīng)用介紹其對型腔模數(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，但等高切削仍是實際加工中最常用的形式。Cimatron提供了POCKET、ZCU T、WCU T 三種工序來支持這種加工形式。由于WCUT︱ROUGH工序具有高效的環(huán)繞切削走刀及智能化的進刀設(shè)置等優(yōu)點，同時具有獨特的層間加工功能，因此是最常用的一個粗加工工序。
理想的半精加工應(yīng)基于粗加工后毛坯的留殘來進行刀軌計算，Cimatron具有獨特的最佳事前優(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，可使刀具軌跡根據(jù)粗加工后毛坯的殘留情況來生成，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。通過合理設(shè)置層間加工參數(shù)，可使兩個切削層之間的毛坯殘留通過沿加工面的再加工得到清除，與通過減小層降高度來提高零件表面加工精度的方法相比，可在達到相同效果的前提下，大大提高加工效率。
針對零件精加工，Cimatron提供了很多種加工工序來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WCUT ︱FINISH(等高線加工) 等， 其中以針對整個零件面的SRFPKT 及WCUT ︱FINISH 最為常用。
對于整個加工面來講，一般采用一種精加工工序總是不盡合理的。對于斜率接近于水平面的平坦面，采用SRFPKT 工序進行沿面加工效果較好，而對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，首先需對加工面進行斜率分析，然后根據(jù)加工面的不同特點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 ，能自動對加工面進行斜率分析，并根據(jù)分析結(jié)果對不同的區(qū)域采用不同的加工形式來進行。
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行單筆清根外， 使用REMACHINE :CL EANUP 能基于毛坯余量情況進行多道往復(fù)自動清根，以達到刀具切削平穩(wěn)、載荷均勻的目的。采用該工序，能自動利用區(qū)域斜率分析算法對陡峭和平坦區(qū)域作分別處理，并產(chǎn)生相應(yīng)的刀具路徑。
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，設(shè)置不同的加工參數(shù)，以達到理想的加工效果。以下主要介紹針對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，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刀或內(nèi)部預(yù)孔處進刀。
(3) 進刀參數(shù)一般采用AU TO ENTRYPOINTS(自動進刀點) ，當(dāng)需要鉆預(yù)孔點時，可設(shè)為OPTIMIZED ENTRY PNT (優(yōu)化進刀點) ，配合設(shè)置CREATE ENTRY PNT : YES ，以產(chǎn)生較少的預(yù)孔點，如圖1 所示。
(4) 進刀角度參數(shù)RAMP AN GL E 一般設(shè)置為5°～10°，以采用螺旋線進刀，同時將切削次序參數(shù)設(shè)置為INSIDE OU T ，以便于螺旋線的生成。必要時可通過重新設(shè)定MAX RAMP RADIUS 參數(shù)來調(diào)整螺旋半徑。
(5) 對于較深的型腔加工，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) 向下切削時可能出現(xiàn)擱刀現(xiàn)象。通過將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。
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)后對同一零件生成的不同的粗加工刀具軌跡。
(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刀。切削次序參數(shù)一般設(shè)置為OU TSIDE IN ，進刀角度參數(shù)RAMP AN GL E 一般設(shè)置為90°。
(3) 進刀參數(shù)一般設(shè)置為AU TO ENTRYPOINTS(自動進刀點) 。如不理想，則可選擇DE2FINE ENTRY POINTS(自定義進刀點) 。
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，然而電加工時要求電極與型腔之間存在一個放電間隙。由于電極模型可能由許多曲面來構(gòu)成，如果在模型上直接做多曲面偏置會有一定困難。為了補償放電間隙，需要通過加工面一定量的過切來實現(xiàn)。
實現(xiàn)加工面一定量的過切有多種方法，如計算時采用較小刀具，實際加工時采用大一點刀具的“騙刀法”等。但最常用的方法是對精加工參數(shù)表中的SRF. OFFSET 參數(shù)設(shè)置一個絕對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)置不同的過切量。這可以通過將有不同過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)置不同的偏置值來實現(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，型腔上下對稱，下模的三維實體模型如圖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型腔的加工，生成的加工工序如下：
(1) 粗加工按深度分兩個工序進行
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的走刀形式進行型腔的等高粗加工。由于平底銑刀無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型腔進行二次粗加工。
(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型腔的加工，生成的加工工序如下
(1) 粗加工按深度分兩個工序進行
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 來進行半精加工，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
為了補充放電間隙，需要對不同的電極面進行過切。使用WCU T ︱CONTOUR FINISH 工序，刀具仍為直徑4 mm 的球頭銑刀。通過在模型上對電極的側(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程中使用BY CRITERIA 選項，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。
上述兩個案例，基本采用了Cimat ron針對型腔模具零件的加工策略，在實際加工中取得了非常理想的效果。同時，從上述案例中也不難發(fā)現(xiàn)，只有根據(jù)具體加工對象的特點，對加工策略中的個別工序進行適當(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
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