基于Cimatron E7.0的模具高速加工编程模板设计

1 引言

　　高速切削概念是德国切削物理学家萨洛蒙(Carllomon)于1931年提出的。高速切削加工技术是先进制造技术之一，具有材料切除率高、切削力小、工件热变形小、可加工难加工材料等特点。将其应用于模具制造领域，可大大缩短模具制造周期、提高产品的竞争力。但是由于高速切削加工理论还不够成熟，缺乏合理的加工参数选择方案和刀具选择方法，目前高速加工技术还没有得到广泛应用。在高速加工技术的应用中，机床的大小和类型、可提供的切削动力、使用的切削刀具、被切削的材料、切削速度、进给速度、切深、润滑、冷却方式、应用软件及数控系统等都会直接或间接影响高速加工的速度、性能及可靠性，从而影响加工效率的提高以及工件的表面品质。   

　　多年来，人们一直在探索有效、实用、可靠的高速切削技术，如C.K.Toh在2003年研究了热作工具钢AISI H13的高速切削策略；一些科研人员在2004年研究高速铣削薄壁件时工艺参数的优化问题。国内有多个机构对模具高速加工进行研究，某理工大学的一些科研人员对高速切削工艺数据管理系统进行研究，设计开发高速切削工艺数据库。某大学的一些科研人员通过分析传统模具制造系统中存在的问题，提出了基于高速切削加工技术的现代模具制造系统的体系结构，并研究了高速切削技术中的关键技术及应用条件。一些科研人员分别用NX与PowerMill进行了汽车覆盖件模具数控加工工艺模板开发来实现汽车覆盖件模具标准化快速数控编程。科研人员研究了模具高速切削的粗加工编程的要求，并对编程时刀具、走刀方式的选择等方面做了研究。

　　尽管许多人对高速加工技术在模具制造中的应用进行了研究，但是目前模具高速加工中仍存在的主要问题有：由于切削工艺参数选择不当而影响零件的加工质量、加工效率和刀具磨损的情况还比较严重；高速切削理论还不够成熟；模具型腔的编程需要很强的经验性。在高速加工编程中，由于需要设置的参数众多，特别容易遗漏。通过设置编程模板进行数控加工的程序编制，可以借鉴已有工艺设计经验和经实践验证的工艺参数，在此基础上快速地生成零件对应加工特征的合理加工参数，帮助工艺人员快速完成模具的数控编程。所以，开发基于实例推理的辅助系统用于选择合适的高速加工工艺与编程模板，为模具制造企业提供合理实用的高速铣削工艺决策指导，不仅可以提高自动编程系统的编程效率，还可减轻数控加工工艺设计人员的劳动量，对于提高模具的生产效率和生产水平，也具备一定的理论和实际意义。所以收集、分析、处理并有效管理现有的模具高速铣削工艺信息，建立模具高速铣削工艺模板，对推广高速切削加工技术具有非常重要的意义。

2 高速加工对刀具路径要求

　　高速加工对数控程序提出了更高的要求：过渡平滑、负荷稳定，因而在编程时需要设置的参数进项与普通编程相比就更加细致。在模具高速加工时，如要相应地提高速度，在生成的刀具路径中就不应该有尖锐（锐角）的地方和突然改变方向这类现象。在模具高速加工编程中，以小切深，恒定侧向切削步距，高进给为准则，配合一些细节处理，包括圆弧过渡、圆弧进刀、螺旋进刀、优化进给速度、切削速度等等，使刀具路径做到圆滑、平稳地过渡。通过上述方法，使机床不会突然降速或加速，刀具有一个恒定的负载，以达到降低导轨磨损，延长刀具和机床的使用寿命，保证工件表面加工品质的目地。

　　CimatronE7.0软件具有世界领先的高速加工技术、灵活的加工方法及优秀的仿真模拟校验工具，并且该软件提供了基于知识的用户模板设置的功能，可以将编制的加工程序的参数设置成模板供新的刀路轨迹或加工程序直接应用。利用Cimatron E7.0软件创建的模板能够确保生成的刀具路径平顾、切削负荷稳定、切削效率更高，并且保证刀路有很高的安全性，以发挥数控机床的最大效能。

3 数控程序模板设计

　　以飞轮壳凹模高速加工数控程序模板设计为例，来介绍用Cimatron E7.0软件进行程序模板设计的方法。飞轮壳凹模结构，如图1所示。

    图1 飞轮壳凹模结构