Cimatron型腔模數控加工的常用策略及應用

分類：技術教程日期：2008-03-31 00:00:00

　　Cimatron針對型腔模具加工中應用最為廣泛的三軸銑削加工編程，應用其原創的基于毛坯余量知識的智能NC編程技術，結合加工模具零件的各種獨特功能，使其成為當今最理想的型腔模CAM解決方案之一。以下結合Cimatron在實際加工中的應用介紹其對型腔模數控加工的常用策略。
　　1 Cimatron型腔模數控加工的常用策略
　　在型腔模零件三軸數控銑削加工中，從規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工序具有高效的環繞切削走刀及智能化的進刀設置等優點，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化技術，使用WCU T ︱ROU GH 工序，并選擇加工參數中的WITHSTOCK選項，可使刀具軌跡根據粗加工后毛坯的殘留情況來生成，不僅徹底消除了空刀現象，而且刀具的切削載荷更合理，軌跡更流暢，相比采用事后優化技術能生成更理想的半精加工刀軌。通過合理設置層間加工參數，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，并在加工參數中選擇BETWEEN LAYERS : HORIZ ，能自動對加工面進行斜率分析，并根據分析結果對不同的區域采用不同的加工形式來進行。
　　局部清根工序對模具的加工也至關重要，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自動清根，以達到刀具切削平穩、載荷均勻的目的。采用該工序，能自動利用區域斜率分析算法對陡峭和平坦區域作分別處理，并產生相應的刀具路徑。
　　2 Cimatron典型型腔模零件的加工參數設置
　　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，應根據零件的不同特點，設置不同的加工參數，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設置。
　　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。根據此類零件的特點，可在加工參數表中作如下設定:
　　(1) 走刀方式參數一般設為SPIRAL CU T ，使刀具圍繞加工面作環繞切削。
　　(2) 加工模型的類型參數一般設置為OPENPART: NO ，以限定在加工范圍以內進刀。如果零件內部存在與型腔底面高度不同的島嶼，如圖1 所示，則應設置為OPEN ISLAND ，以在不同的切削層分別采用毛坯外進刀或內部預孔處進刀。
　　(3) 進刀參數一般采用AU TO ENTRYPOINTS(自動進刀點) ，當需要鉆預孔點時，可設為OPTIMIZED ENTRY PNT (優化進刀點) ，配合設置CREATE ENTRY PNT : YES ，以產生較少的預孔點，如圖1 所示。

　　(4) 進刀角度參數RAMP AN GL E 一般設置為5°～10°，以采用螺旋線進刀，同時將切削次序參數設置為INSIDE OU T ，以便于螺旋線的生成。必要時可通過重新設定MAX RAMP RADIUS 參數來調整螺旋半徑。
　　(5) 對于較深的型腔加工，如使用存在加工盲區的刀具(如鑲嵌硬質合金刀片的環形刀) 向下切削時可能出現擱刀現象。通過將MIN PLUN GESIZE 設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域，以避免可能產生的危險。
　　2. 2型芯類零件的加工
　　粗加工，同樣使用WCU T ︱ROU GH 工序。
　　(1) 走刀方式參數可設為STOCK SPIRAL ，使刀具圍繞毛坯作環繞切削，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一般設置為OPENPART:OU TER ONL Y，這樣可保證刀具在零件外進刀。切削次序參數一般設置為OU TSIDE IN ，進刀角度參數RAMP AN GL E 一般設置為90°。
　　(3) 進刀參數一般設置為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。
　　實現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表中的SRF. OFFSET 參數設置一個絕對值與放電間隙相等的負值。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) ，并設置不同的偏置值來實現。
3 應用案例
　　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 ，加工參數選擇SPIRAL CU T、BE2TWEEN LAYERS : HORIZ。采用基于自動斜率分析結果的分區域加工，陡峭面采用等高加工，平坦面采用沿面環切進行精加工。
　　(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。

經上述工序加工后，吊鉤鍛模的加工仿真結果如圖4 所示。

　　3. 2 復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。層間加工參數選擇BETWEEN LAYERS : HORIZ ， PARALL EL CU T ，采用自動分區域加工，電極側面采用等高加工，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面及上表面設置不同的顏色，然后在該工序定義零件面的過程中使用BY CRITERIA 選項，選擇所有電極的側面為PART SRF ，上下表面為PART 2 SRF 。然后分別設置SRF . OFFSET =- 0. 15 ，PART2 SRF. OFST = - 0. 08 ，使電極表面形成不同的過切量。加工參數選擇BETWEENLAYERS: HORIZ ， PARALL EL CU T。電極側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。