机械毕业设计（论文）-Cimatron高速切削数控编程策略与实例研究.doc

1毕业设计说明书Cimatron高速切削数控编程策略与 实例研究机械工程与自动化学院学生姓名： 学号： 机械设计制造及其自动化学 院： 专 业： 指导教师： 2011年 6 月高速切削策略与Cimatron加工编程摘要：机械加工的发展趋势是高效率、高精度、高柔性和绿色化，切削加工的发展方向是高速切削加工，在发达国家，它正成为切削加工的主流。高速加工技术必将带动零件毛坯制造、刀具（工具）、数控机床、自动控制、在线检测、材料等技术的发展与进步。随着我国制造业加快融入全球化生产制造体系，预计高速加工技术将在信息化、柔性化机械加工领域得到进一步发展和推广应用。所以研究高速切削及其编程是非常有意义的。本文分四章内容对高速切学进行了研究。其中第一章主要针对高速切削概念的提出、发展现状及未来进行了简单的论述。第二章主要针对高速切削策略及应用进行了研究，其中包括告诉切削的编程特点及编程策略，并且对高速切削的路径特性即路径的优化问题进行了探讨。第三章则着重介绍了Cimatron 软件的功能，及其在高速切削中的应用，其中包括Cimatron的编程特点、编程流程、编程指令研究以及对刀具路径的优化。第四章是对前三章知识的综合运用，在其中分别详细的介绍了利用Cimatron 的三个编程实例。通过对实例的研究，对高速切削的目的及意义有了更深入的理解，同时也对高速切削及其编程的特点、步骤、注意事项有了直观的认识，并熟练的掌握Cimatron 的编程指令、参数特点、刀路优化及后处理功能。通过对该课题的研究，很好的把平时所学的知识做了一个综合的运用和梳理，并为以后的进一步研究铺平了道路。关键词：高速切削策略；Cimatron加工编程；Cimatron加工实例；中北大学2011届毕业设计说明书High-speed cutting strategy and CIMATRON processing programAbstract:Mechanical processing trend is the high efficiency, high accuracy, high flexibility and green, the cutting direction of high-speed machining, in developed countries, it is becoming the mainstream of cutting. High-speed processing technology will drive part blank manufacturing, tool (tool), CNC machine tools, automation, online testing, materials, technology development and progress. As Chinas manufacturing industry to speed up integration into the global manufacturing system, high-speed processing technology is expected to be in the information, flexibility to further develop the field of mechanical processing and application. Therefore, high-speed machining and programming of research is very significant.This sub-four chapters of the study were of high-speed cutting. The first chapter presented the concept for high speed cutting, development status and a brief discussion of the future. The second chapter, and application for high speed cutting strategies were studied, including the telling characteristics of cutting programming and programming strategies, and the path characteristics of high-speed cutting path optimization problem that is discussed. The third chapter focuses on the CIMATRON software features, and its high-speed cutting of applications, including CIMATRON NC programming characteristics, programming process, programming instruction research and the optimization of tool path. Chapter IV is a comprehensive application of knowledge, the first three chapters, in which were described in detail using the three programming examplesThrough the topics, the good usually have learned to do a comprehensive application and combing, and later paved the way for further research.Key words：High-speed cutting strategy；CIMATRON processing program；CIMATRON processing examples目 录1 绪论11.1 高速切削的背景及意义21.2 高速切削技术的现状31.3 高速切削技术的优势42 高速切削加工编程策略52.1 高速切削加工对CAM系统的要求52.2 高速切削中常用的加工编程策略62.2.1 高速切削粗加工编程策略62.2.2 高速切削半精加工编程策略72.2.3高速切削精加工编程策略72.3 高速切削刀具路径优化技术82.3.1 高速切削刀具路径特性及走刀方式82.3.2 粗加工走刀方式102.3.4其他的走刀方式123 Cimatron 数控加工介绍133.1 Cimatron简介133.2 Cimatron 数控加工特性133.3 Cimatron 数控加工的加工方法及策略133.4 Cimatron 的常用编程指令153.4.1 调入零件模型153.4.2定义刀具163.4.3建立刀路轨迹163.4.4定义毛坯163.4.5建立粗加工程序163.4.6建立精加工程序173.4.7加工模拟仿真173.5 CIMATRON编程时的注意事项184 CIMATRON加工实例194.1 电极的加工举例194.1.1 模型的分析194.1.2 工艺规划194.1.3导入模型204.1.4创建刀具214.1.5创建加工工序224.1.6 以体积铣-环切-3D策略粗加工整个零件244.1.7 电极半精加工264.1.8电极精加工324.2 钻孔加工举例404.2.1 模型分析404.2.2 工艺规划404.2.3导入模型414.2.4 创建刀具414.2.5 创建刀路轨迹文件夹414.2.6 小孔点钻424.2.7 小孔深钻444.2.8 大孔粗加工464.2.9 大孔精加工484.3花形凹槽凸模加工实例494.3.1 模型的分析494.3.2 工艺规划494.3.3 模型导入504.3.4 创建刀具504.3.5 创建刀路轨迹504.3.6 创建毛坯514.3.7 使用粗加工环形铣进行粗加工514.38 使用二次开粗加工进行曲面精加工545 结 语56参 考 文 献57致谢58绪论1.1 高速切削的背景及意义金属切削加工是机械制造技术的基础工艺方法，高速切削技术是机械制造技术的一次巨大进步，已经显示了巨大的优点和强大的生命力，能显著提高加工效率和质量、降低加工时间和生产成本1。高速切削技术以高速轻载为主要特征，通过超高转速、快进给和浅切深等工艺措施，在减小切削力和提高加工精度的同时大幅提升生产效率。高速切削技术相对传统切削加工具有明显的优点，各国正投入大量人力物力对其进行基础研究和产品开发。近几年随着高速切削机床、高速刀具技术和相关计算机软件技术迅速进步，高速切削技术以其高效率、高质量的特点被广泛应用于汽车模具、航空航天、机床等行业中2。综合科技实力比较强的发达国家（美国、德国、日本、瑞士、法国）研制生产的高速切削机床和高速刀具已经在世界范围内得到大规模的商业化推广和应用。高速加工及其相关的行业在这些发达国家已经形成了一个高技术，高回报的高科技产业，得到各国政府的大力扶持3。1.2 高速切削技术的现状高速切削技术相对传统切削加工具有明显的优点，各国正投入大量人力物力对其进行基础研究和产品开发。近几年随着高速切削机床、高速刀具技术和相关计算机软件技术迅速进步，高速切削技术以其高效率、高质量的特点被广泛应用于汽车模具、航空航天、机床等行业中。综合科技实力比较强的发达国家（美国、德国、日本、瑞士、法国）研制生产的高速切削机床和高速刀具已经在世界范围内得到大规模的商业化推广和应用。高速加工及其相关的行业在这些发达国家已经形成了一个高技术，高回报的高科技业，得到各国政府的大力扶持4。我国高速切削加工技术研究起步较晚，比国外迟了好几十年，直到国外的高速加工技术从实验室走向大规模工业生产，我国的科研机构才开始涉足该领域的研究5。我国在高速加工领域虽然有一定的进步，但是由于工业基础薄弱，理论研究起步较晚，我国在高速加工科技的诸多方面都远远落后国际先进水平。特别是在高速切削机理的理论研究，高速切削的数控机床和切削刀具的研制生产等方面和国际水平有巨大的差距。同时高速加工技术属于最新的前沿技术，各发达国家都严格地对外实行技术封锁，特别是涉及到国防工业的一些先进技术更是对广大发展中国家严加防范，对外也只卖产品不卖技术。涉及敏感行业的外卖产品只卖低档不卖高档。直到现在，欧美发达国家在高速数控加工中心、精密磨床、五轴联动数控系统等硬件设备对中国施行贸易禁运6。上世纪八十年代，山东大学切削加工研究组结合陶瓷刀具材料的研究，比较系统的研究了Al2O3基陶瓷刀具高速硬切削的切削力、切削温度、刀具磨损和破裂、加工表面质量等问题，并建立了有关切削力、切削温度模型。上海交大在研究高速切削硬铝合金时发现了切削温度和切削力的动态关系，只有切削速度超过720m/min时，切削温度和切削力才明显的降低。南京航空航天大学进行了高速切削机理、高速切削力的研究而且完善优化了Won-soo Yun瞬态切削力模型。西北工业大学联合相关的工厂开创了钛合金等难加工材料高速切削研究的先河，系统的研究了薄壁件高速铣削精度控制、不同刀具材料和工件材料的合理配伍、高速切削中切削参数的优化和铣削数据库等。华中科技大学在高速数控系统的研制方面取得了突破性的进展，成功的开发出了完全自主知识产权的五轴五联动高速数控系统，打破了欧美国家在该领域的垄断7。1.3 高速切削技术的优势 高速切削加工技术是21世纪的一种先进制造技术，有着强大的生命力和广阔的应用前景8。通过高速切削加工技术,可以解决在汽车模具常规切削加工中备受困扰的一系列问题。近几年来，在美国、德国、日本等工业发达国家高速切削加工技术在大部分的模具公司都得到了广泛应用，85%左右的模具电火花成形加工工序已被高速加工所替代。高速加工技术集高效、优质、低耗于一身，已成为国际模具制造工艺中的主流。通过国内外汽车模具制造行业的高速切削加工技术实践应用，高速切削加工技术具有如下优势:一、高速切削加工提高了加工速度，高速切削加工以高于常规切削10倍左右的切削速度对汽车模具进行高速切削加工9。由于高速机床主轴激振频率远远超过“机床刀具工件”系统的固有频率范围，汽车模具加工过程平稳且无冲击。二、高速切削加工生产效率高，用高速加工中心或高速铣床加工模具，可以在工件一次装夹中完成型面的粗、精加工和汽车模具其他部位的机械加工，即所谓“一次过”技术(One Pass Machining)。高速切削加工技术的应用大大提高了汽车模具的开发速度。三、高速切削加工可获得高质量的加工表面，由于采取了极小的步距和切深，高速切削加工可获得很高的表面质量，甚至可以省去钳工修光的工序。四、简化加工工序，常规铣削加工只能在淬火之前进行，淬火造成的变形必须要经手工修整或采用电加工最终成形10。现在则可以通过高速切削加工来完成，而且不会出现电加工所导致的表面硬化。另外，由于切削量减少，高速加工可使用更小直径的刀具对更小的圆角半径及模具细节进行加工，节省了部分机械加工或手工修整工序，从而缩短了生产周期。五、高速切削加工使汽车模具修复过程变得更加方便，汽车模具在使用过程中往往需要多次修复以延长使用寿命，如果采用高速切削加工就可以更快地完成该工作，取得以铣代磨的加工效果，而且可使用原NC程序，无需重新编程，且能做到精确无误11。六、高速切削加工可加工形状复杂的硬质汽车模具 由高速切削机理可知：高速切削时，切削力大为减少，切削过程变得比较轻松，高速切削加工在切削高强度和高硬度材料方面具有较大优势，可以加工具有复杂型面、硬度比较高的汽车模具。2 高速切削加工编程策略2.1 高速切削加工对CAM系统的要求 （1）良好的仿真功能在数控机床进行高速加工中，由于切削速度和加速度较高，需要在CAM系统中提前进行良好的仿真，不但能够预先评估完成件的加工效果，更能有效检查过切，最大程度减少加工风险。近年来，CAM系统不断提升数控加工的仿真能力，其中的一个亮点是虚拟机床概念应用于CAM系统。这样，用户便可以在CAM系统中将数控加工程序在虚拟的机床中进行模拟加工，监控数控机床加工中可能的超程、过切、干涉等潜在问题12。（2）后处理能力，CAM系统的后处理功能是刀具加工路径和数控机床加工的重要连接纽带。如今，先进的CAM系统几乎都将后处理列为重要甚至单独的模块，如UG NX的PostBuilder，CATIA CATProcess的13。鉴于后处理的重要性，目前已经成立了一些专业的公司进行后处理软件的研发，如iCAM即是其中的佼佼者。iCAM有众多的后处理软件，其中特别针对高速加工的后处理软件为CAM-POST HSM，它能够对CAM系统生成的加工轨迹基于加工前瞻算法进行速度和加速度优化，同时还能够优化加工循环，减少程序量，优化加工速度，使其更适合高速加工机床进行工件切削。 （3）强大的数据处理能力，由于高速加工的加工路径算法复杂，且较小的加工步距导致粗/精加工的数据量较大，因此CAM系统的数据处理能力尤为重要。一般而言，CAM软件需要应用多线程或并行处理技术以提高数据处理能力5。同时，由于CAD软件的多样性，许多用户为最大程度上集中CAD/CAM的优势，经常会选用不同的CAD/CAM软件供应商，这就需要CAM系统能够有很强的数据集成和兼容能力，能够高质量读取CAD软件的各种格式文件。一般而言，CAM系统需要对IGES、STL、DFX等通用格式的CAD文件高保真读取，保持零件形状在CAD中的组合和完整。 （4）简单易用，尽管由于实施高速加工，CAM系统的功能由此更加复杂，但是这并不代表此时的CAM系统的用户友好性有任何的降低。相反，在CAM系统更加复杂的功能下，易用性显得尤为重要14。目前，主流的CAM系统多采用交互式文本/图像显示、智能缺省值计算、操作结果预览等方便用户理解、简化操作，提高数控编程效率。2.2 高速切削中常用的加工编程策略高速加工包括以去除余量为目的的粗加工、残留粗加工，以及以获取高质量的加工表面及细微结构为目的的半精加工、精加工和镜面加工等15。2.2.1 高速切削粗加工编程策略（1）粗加工的目标是追求单位时间的最大切除量，表面质量和轮廓精度要求不高，重要的让机床乎稳地工作，避免急剧的切削方向和载荷改变。（2）高速加工中的粗加工所应采取的工艺方案是高切削速度、高进给率和小切削用量的组合。（3）为了防止切削时速度矢量方向的突然改变，在刀轨拐角处需要增加圆弧过渡，避免出现尖锐拐角。所有进刀、退刀、步距和非切削运动的过渡也都尽可能圆滑，如在平面铣中，可采用螺旋或倾斜方式(倾角为50左右)的垂直进退刀运动、圆弧方式的水平进退刀运动；而在曲面轮廓铣中，使用切圆弧的进退刀运动等。（4）刀具通常采用球头铣刀和平底圆角铣刀，采用2.5倍加工方式，加工时充分利用主轴的加工功率。为了平稳加工硬化了的材料，步距通常不得大于刀具直径的68，深度不超过刀具直径的10。分层切削能控制切削载荷均匀，在粗加工中常采用加工方法。2.2.2 高速切削半精加工编程策略（1）半精加工的主要目标是使工件轮廓形状平整，表面精加工余量均匀，这对于工具钢模具尤为重要，因为它将影响精加工时刀具切削层面积的变化及刀具载荷的变化，从而影响切削过程的稳定性及精加工表面质量16。（2）粗加工是基于体积模型，精加工则是基于面模型。以前开发的CAD/CAM系统对零件的几何描述是不连续的，由于没有描述粗加工后、精加工前加工模型的中间信息，故粗加工表面的剩余加工余量分布及最大剩余加工余量均是未知的。因此应对半精加工策略进行优化以保证半精加工后工件表面具有均匀的剩余加工余量。优化过程包括：粗加工后轮廓的计算、最大剩余加工余量的计算、最大允许加工余量的确定、对剩余加工余量大于最大允许加工余量的型面分区(如凹槽、拐角等过渡半径小于粗加工刀具半径的区域)以及半精加工时刀心轨迹的计算等。现有的模具高速加工C A D /CAM软件大都具备剩余加工余量分析功能，并能根据剩余加工余量的大小及分布情况采用合理的半精加工策略。2.2.3高速切削精加工编程策略（1）精加工精加工的目的是按照零件的设计要求，达到最好的表面质量和轮廓精度。精加工的刀位轨迹紧贴零件表面，要求平稳、圆滑，没有剧烈的方向改变。精加工中除需对工艺参数进行优化外，还建议采用下面的加工顺序：外轮廓加工；凸起规范几何体的加工；自由型面的加工；阶梯层面加工；平面加工；凹陷规范几何体的加工17。（2）高速精加工策略取决于刀具与工件的接触点，而刀具与工件的接触点随着加工表面的曲面斜率和刀具有效半径的变化而变化。对于由多个曲面组合而成的复杂曲面加工，应尽可能在一个工序中进行连续加工，而不是对各个曲面分别进行加工，以减少抬刀、下刀的次数。然而，由于加工中表面斜率的变化，如果只定义加工的侧吃刀量(Step over)，就可能造成在斜率不同的表面上实际步距不均匀，从而影响加工质量。 (3)一般情况下，精加工曲面的曲率半径应大于刀具半径的1.5倍，以避免进给方向的突然转变。在模具的高速精加工中，在每次切入、切出工件时，进给方向的改变应尽量采用圆弧或曲线转接，避免采用直线转接，以保持切削过程的平稳性18。 (4) 高速精加工策略包括三维偏置、等高精加工和最佳等高精加工、螺旋等高精加工等策略。这些策略可保证切削过程光顺、稳定，确保能快速切除工件上的材料，得到高精度、光滑的切削表面19。精加工的基本要求是要获得很高的精度、光滑的零件表面质量，轻松实现精细区域的加工，如小的圆角、沟槽等。对许多形状来说，精加工最有效的策略是使用三维螺旋策略。使用这种策略可避免使用平行策略和偏置精加工策略中会出现的频繁的方向改变，从而提高加工速度，减少刀具磨损。这个策略可以在很少抬刀的情况下生成连续光滑的刀具路径。这种加工技术综合了螺旋加工和等高加工策略的优点，刀具负荷更稳定，提刀次数更少，可缩短加工时间，减小刀具损坏机率。它还可以改善加工表面质量，最大限地减小精加工后手工打磨的需要。在许多场合需要将陡峭区域的等高精加工和平坦区域三维等距精加工方法结合起来使用20。2.3 高速切削刀具路径优化技术 高速切削不仅提高了对机床、夹具、刀具和刀柄的要求，同时也要求改进刀具路径策略，因为若路径不合理，在切削过程中就会引起切削负荷的突变，从而给零件、机床和刀具带来冲击，破坏加工质量，损伤刀具16。在高速切削中由于切削速度和进给速度都很快，这种损害比在普通切削中要严重的多，因此，必须研究适合高速切削的路径，将切削过程中切削负荷的突变降至最低。可以说，高速切削机床只有有了合理的高速刀具轨迹才能真正获得最大效益。2.3.1 高速切削刀具路径特性及走刀方式 高速加工对加工工艺走刀方式比传统方式有着特殊要求，为了能够确保最大的切削效率，又保证在高速切削时加工的安全性，为了消除切削过程中切削负荷的突变，刀具路径应满足以下基本要求：（1） 切削是等体积切削，即切削过程中切削力恒定。 （2）尽量减少空行程。（3）尽量减少进给速度的损失。 a常规切削的刀具轨迹 b高速切削的刀具轨迹图2.1高速切削走刀方式为了满足上述基本要求，设计的刀具路径应是：（1）进刀时采用螺旋或弧进刀，使刀具逐渐切入零件，以保证切削力不发生突变，延长刀具寿命。（2）切削速度的连续和无突变，使切削连续平稳，否则，将产生冲击。（3）切削时使用顺铣使切削过程稳定，不易过切，刀具磨损小，表面质量好。（4）采用小的轴向切深以保证小的切削力、少的切削热和排屑的顺畅。（5）无切削方向突变，即刀具轨迹是无尖角的，普通加工轨迹的尖角处用圆弧或其他曲线来取代，从而保证切削方向的变化是逐渐的而不是突变的。这样有两点好处：一是现代高速机床的控制系统都有程序段前视和尖角自动减速功能，即在到达尖角前，将自动降低进给速度，这样虽然减小了冲击，且避免了过切，但却损失了进给速度。轨迹是无尖角的，自然也就避免了这种情况的发生；二是在尖角处切削负荷会突然加大，引起冲击。轨迹是无尖角的时候这种问题同样不存在21。（6）采用等高线轨迹，加工余量均匀的走刀路线可取得好的效果。图2a为采用等高线法的刀具轨迹，刀具沿X或Y轴方向平动，完成金属的切除，这样可保证高速加工中切削余量均匀，对加工稳定，尤其是刀具寿命的延长有利。图2b为传统方法的刀具轨迹，刀具沿斜线方向时，X、Y方向的插补运动使加工余量不均匀，降低刀具的耐用度。 a)余量均匀的新方法 b)传统方法图2.2 导轨的比较2.3.2 粗加工走刀方式 （1）Z向等高线层切法，即将零件分成若干层，一层一层逐层往下切，在每层中将零件的所有区域加工完再进人下一层，在每一层均采用螺旋或圆弧进刀，同时采用无尖角刀具轨迹(见图3)。这样有利于排屑，也避免了切削力发生突变。对薄壁件来说，更应采用这种刀具轨迹，因为这种刀具轨迹在切削过程中还能使薄壁保持较好的刚性22。 （2）插铣刀具路径。对于深度很深的腔体的粗加工可采用插铣的方法来进行，因为腔体很深时，需要很长的刀具，这时刀具的刚性很差，按常规的切削路线切削刀具易变形，而且也易产生振动，影响加工质量和效率，采用插铣的轨迹正好可解决这一问题。 （3）摆线刀具路径。另一种更新的粗加工刀具轨迹是摆线刀具轨迹，“摆线”是指当一个圆沿着一条曲线作纯滚动时，圆上某一固定点的轨迹。采用这种刀具轨迹使刀具在切削时距某条曲线(一般是零件的轮廓线及其平移线)保持一个恒定的半径，从而可使进给速度在加工过程中可保持不变，而且这时的径向吃刀量一般取刀具直径的5%左右，因此刀具的冷却条件良好，刀具的寿命较长。这对高速加工是非常有利的。加工见图2.3 图2.3插铣图2.4摆线刀路2.3.3 精加工走刀方式 （1）先在陡峭面用Z向等高线层切法加工，然后在非陡峭面采用表面轮廓轨迹法加工(见图2.5)； （2）先用表面轮廓轨迹法加工所有面，再在垂直方向上加工陡峭面(见图2.6) （3）薄壁件的精加工采用Z向等高线层切法。当然在加工过程中同样每一层都要尽量作到螺旋或园弧进刀，采用无尖角刀具轨迹23。图2.5陡峭面加工图2.6垂直面加工2.3.4其他的走刀方式 （1）如加工的是单一型腔的薄壁件，应尽量用图8所示的走刀路线，它比单纯的等高线逐层切法对保持薄壁的刚性更好，从而保证加工余量均匀，零件变形小24。 （2）对薄底零件应采用如图2.7所示的走刀轨迹。即从离支撑最远的点开始切削，分层切削直到深度到位；每次深度铣到以后再向支撑处移动一个径向切深，重复上一步的过程，直至切削完成25。相当于将薄壁件的等高线逐层切法转动90这样才能在切削时较好地保持零件刚性，避免振动26。 图2.7其他走刀方式3 Cimatron 数控加工策略分析3.1 Cimatron简介 Cimatron是著名软件公司以色列Cimatron公司旗下产品，Cimatron在中国的子公司是思美创（北京）科技有限公司。多年来，在世界范围内，从小的模具制造工厂到大公司的制造部门，Cimatron的CAD/CAM解决方案已成功为企业装备中不可或缺的工具。自从Cimatron公司1982年创建以来，它的创新技术和战略方向使得Cimatron有限公司在CAD/CAM领域内处于公认领导地位。作为面向制造业的CAD/CAM集成解决放方案的领导者承诺为模具、工具和其它制造商提供全面的，性价比最优的软件解决方案，使制造循环流程化，加强制造商与外部销售商的协作以极大地缩短产品交付时间。今天在世界范围内的四千多客户在使用Cimatron的CAD/CAM解决方案为各种行业制造产品。这些行业包括：汽车、航空航天、计算机、电子、消费类商品、医药、军事、光学仪器、通讯和玩具等行业。3.2 Cimatron 数控加工特性 Cimatron解决方案的基础是该公司独一无二的集成技术，产品思想为用户提供了可以一起紧密工作的、界面易学易用的一套综合产品。Cimatron的模块化软件套件可以使生产每一个阶段实现自动化，提高了产品生产的效率。不管您是为制造而设计，还是为2.55轴铣销加工生成安全、高效和高质量的NC刀具轨迹。Cimatron面向制造的CAD/CAM解决方案为客户提供了处理复杂零件和复杂制造循环的能力。Cimatron保证了每次制造出的产品即是您所设计的产品。Cimatron公司推出的全新中文版本Cimatron E9.0，其CAD/CAM 软件解决方案包括一套易于3D设计的工具，允许用户方便的处理获得的数据模型或进行产品的概念设计。9.0版本在设计方面以及数据接口方面都有了非常明显的进步。3.3 Cimatron 数控加工的加工方法及策略(1)2.5 轴钻孔Cimatron 数控加工 在3D模型环境下为用户提供了高效的2.5轴解决方案。快速钻孔能自动识别出3D模型、曲面模型和模型中的孔特征，通过预定义的形状模板自动地创建高效钻孔程序。快速钻孔程序是一个基于知识库的自动产生钻孔程序，它能使代码产时间动态地减小90% ，且对任何格式下的CAD 模型操作都非常简便。程序能够优化钻孔参数和刀具使用，全面兼容Cimatron 模具实际模块，同时与Cimatron E CAD/CAM 解决方案无缝集成。(2)3 轴粗加工Cimatron 数控加工强大的粗加工程序以其高效的加工策略提高了使用者的生产效率。精确的剩余毛坯模型始终贯穿在整个加工程序中，有效地减少了空切。程序自动创建进、退刀方式，并且根据实际的刀具载荷自由地调整进给速度。粗加工程序提供了多种加工策略，我们可以通过加工区域、边界曲线以及检查曲面来限制加工范围，并且全面支持高速铣削。(3)3 轴精加工3轴精加工程序提供了基于模型特征的多种加工策略，几何形状的分析带给我们高效率及高质量的曲面精度。水平和垂直区域可以用等高加工、自适应层、真环切以及3D等步距等策略 ，精加工还包括诸如清根和笔式的残料加工以及为高速铣削的优化选项。(4)5 轴加工Cimatron 为用户提供了从定位5轴到多轴联动的全方位加工功能。5轴联动铣削包括粗加工，控制前倾角和侧倾角的精加工，侧刃铣削以及刀长较短时自动倾斜功能，5轴铣削能有效地提高加工效率，延长刀具使用寿命，产生高精度的曲面。(5)3轴残留毛坯加工定义正确的加工策略用以产生高品质的曲面都来自于3轴残留毛坯加工。残留毛坯加工能确定未加工的区域并自动地计算刀轨，结合整体加工刀具、高速铣削以及残留加工的小型刀具，曲面能够高效安全地被加工。毛坯残留知识（KSR）能够识别任何形状的毛坯，用户预先定义毛坯几何，其在每次加工之后都会自动更新，并用来产生下一个刀路轨迹。(6)残料加工残料加工功能可清除前一把（大的）刀具不能进入的区域，在加工的特征来源与对几何形状的分析的基础上，对不同的特征实施合适的加工策略。残料加工包括：清根和笔式加工。清根能对零件进行区域识别和计算，自动检测需要清根的区域，并对垂直区域和平坦区域的清根采用不同的加工策略。对平坦区域采用沿零件拐角的轮廓式清根，对垂直区域采用等高线式清根。这在前道工序留有较大余量的情况下，实现了具有针对性的加工策略，有效地保护了刀具，保证了加工结果的优良性。(7)插铣插铣为粗加工和精加工提供了高效的加工策略。粗加工可以用高承载刀具，像钻孔一样进行铣削，即使进给速度再高，刀具也只是轴向受力。这种策略也可用来针对垂直或接近垂直的区域进行精加工。当使用大直径或小圆角的牛鼻刀时，可只用较少的刀路来完成所需的曲面加工。(8)高速铣削高速铣削（HSM） 提供了多种高级刀路特征来满足用户的加工过程。其中包括螺旋进刀圆角、圆角连接摆线加工、NURBS 插补、进给速率优化以及切削载荷恒定等特征。(9)智能NC智能N C 功能可自动计算毛坯残留量，基于毛坯残留知识减少不必要的刀路。每次刀轨计算之后自动更新毛坯并计算零件与毛坯之间的区别，整个流程模板可以用来再次计算，并且能很好地适应新的几何零件。Cimatron的强项是多轴加工，并且能产生很简单高效的NC程序，并配合其强大的模具设计功能可以实现产品设计-模具设计-拆铜公-CAM编程一体化。3.4 Cimatron 的常用编程指令3.4.1 调入零件模型（1） 打开编程加工界面要对零件进行数控加工首先必须打开编程界面。双击桌面cimtronE8.0快捷图标，打开cimtron界面，单击（新建文档）图标按钮，系统自动打开新建文档对话框，单击编程图标按钮，单位选毫米。单击确定按钮，打开cimtronE8.0编程加工界面，编程加工界面可分为四个区域（主菜单栏，工具栏，程序管理器，绘图区）（2） 调入零件模型在主菜单栏单击调入模型 系统弹出cimtronE浏览器对话框，选择指定光盘文件。单击加载按钮加载零件模型，调整视角为轴侧图，单击确定符号，完成零件输入。3.4.2定义刀具（1） 新建刀具定义刀具也就是确定加工此零件的所有刀具。在主菜单栏中单击刀具，系统弹出创建刀具对话框，可以在对话框中新建或者在刀具库中选择刀具。（2）从刀具库加载刀具编程时既可以新建刀具，也可以从事先新建的刀具库中加载刀具。3.4.3建立刀路轨迹 在主菜单栏中单击刀路轨迹，系统弹出“创建刀路轨迹”对话框，在设置参数后单击确定图标，在程序管理器中创建刀具名称。3.4.4定义毛坯（1） 毛坯类型：根据零件加工类型，选择毛坯类型，其中包括曲面，轮廓，矩形，限制盒，从文件，多轴毛坯。系统默认为限制盒，将会自动选取所有曲面最大范围。（2） 透明度：可手动调整工件透明度，用鼠标左键拖动滑动条件左移动透明度提高，往右移动透明度降低。（3） 自动预览：默认为选中，根据曲面建立毛坯必须选中，无法关闭。（4） 矩形信息：选取曲面后，系统会自动算出毛坯最大XYZ坐标值。（5） 第一角点：显示根据限制盒方式选取曲面，第一角点的XYZ坐标值。（6） 第二角点：显示根据限制盒方式选取曲面，第二角点的XYZ坐标值。（7） 所选曲面总数：显示毛坯所选曲面的总数量。（8） 整体偏移：设定限制盒的整体偏移值，默认为0，一般不做更改。（9） 重置选择：单击该按钮可重新选取毛坯的曲面。3.4.5建立粗加工程序（1） 设置加工策略在主菜单依次单击刀路程序，程序管理器下生成一个程序文件，同时在程序管理器下显示2D加工策略供用户选择，主选择为2.5轴，也就是通常所说的2D加工，子选择包括型腔铣削-毛坯环切，型腔铣削-平行切削，型腔铣削-环切，型腔铣削-精修壁面，开放轮廓铣，封闭轮廓铣。（2） 零件选定加工策略后，需要选择零件轮廓和毛坯轮廓以限制2D体积铣的加工范围，系统显示所选轮廓的数量。如果选取轮廓出现错误需要修改选择，则可以在绘图区右击，系统弹出快捷菜单。（3） 刀路参数进刀和退刀在数控铣削加工时，操作者可以根据需要设置进刀和退刀方式。在数控加工中一般选择沿切线方向进退刀，这样可以防止在加工面上留下刀痕。另外，还要设置进刀和退刀得长度。（4） 刀路参数安全平面 为了避免刀路在快速移动时与工件发生撞刀现象，需要设定一个固定高度的平面。在加工过程中每次抬刀都要提高到该平面，称为安全平面。（5） 刀路参数进刀和退刀点在加工过程中，有时需要沿着深度方向进刀和退刀，这就需要设置进刀和退刀点的位置。（6） 选刀 从已建立的刀具中选取所要用到的刀具。（7） 机床参数设置一定的机床参数值以符合零件的加工（8） 保存并计算对设置完成的程序进行运行，系统将根据前面设置的参数自动计算出刀路轨迹，并显示在图形中。3.4.6建立精加工程序 精加工通粗加工设置相似，参考粗加工。3.4.7加工模拟仿真 在主菜单栏中依次单击模拟仿真-高级仿真，系统自动打开模拟检验对话框，选中有效加工程序，单击绿色箭头，将粗加工程序移到要模拟的加工程序列表框中，可以对粗加工程序单独进行模拟仿真，也可以同时对精粗加工一起进行模拟仿真。毛坯类型选择当前毛坯。单击确定按钮完成。 模拟完成后，系统弹出模拟对话框，单击确认退出模拟仿真窗口。3.5 CIMATRON编程时的注意事项1.白钢刀转速不可太快。2.铜工开粗少用白钢刀，多用飞刀或合金刀。3.工件太高时，应分层用不同长度的刀开粗。4.用大刀开粗后，应用小刀再清除余料，保证余量一致才光刀。5.平面应用平底刀加工，少用球刀加工，以减少加工时间。6.铜工清角时，先检查角上R大小，再确定用多大的球刀。7.校表平面四边角要锣平。8.凡斜度是整数的，应用斜度刀加工，比如管位。9.做每一道工序前，想清楚前一道工序加工后所剩余量， 以避免空刀或加工过多而弹刀。10.尽量走简单的刀路，如外形、挖槽，单面，少走环绕等高。11.走WCUT时，能走FINISH 的，就不要走ROUGH 。12.外形光刀时，先粗光，再精光，工件太高时，先光边，再光底。13.合理设置公差，以平衡加工精度和电脑计算时间。开粗时，公差设为余量。的1/5，光刀时，公差设为0.01。14.做多一点工序，减少空刀时间。 做多一点思考，减少出错机会。 做多一点辅助线辅助面，改善加工状况。15.树立责任感，仔细检查每个参数，避免返工。4 CIMATRON加工实例4.1 电极的加工举例在本小节中，将详细地讲解电极的加工。其中包括零件模型的分析、加工工艺的规划、加工操作的创建、刀具轨迹的模拟仿真和后处理。4.1.1 模型的分析如图4.1所示的电极零件。该零件整体尺寸较小，由底座、电极侧壁、电极顶面、电极组成。其中顶面及电极侧面为放电表面，对加工精度要求较高。电极的材质为铜。图4.1电极模型图4.1.2 工艺规划 加工工艺的规划包括了加工工艺的制定、加工方法的选择和加工工序的划分，根据该零件的特征和cimatron的加工特点，把整个零件的加工分成以下工序。（1）整个零件粗加工:该电极加工学要去除大量的余量，首先要进行粗加工根据零件的尺寸选择直径为16的铣刀进行加工并留出0.5的余量。（2）电极半精加工：用直径为16的铣刀，并留出0的余量。（3）电极曲面半精加工：用直径为6的铣刀完全切除余量。（4）电极顶面精加工：由于电极在使用时由1到2毫米的放电间隙，所以加工放电面时应该过切1到2毫米。（5）电极曲面精加工：用直径为6的铣刀，留出-0.2的余量。（6）电极侧壁精加工：用直径为16的铣刀，留出-0.2的余量。（7）底座上侧精加工：用直径为12的铣刀，留出0的余量。（8）底座下侧壁精加工：用直径为12的铣刀，留出0的余量。 (9) 底座顶面精加工：用直径为12的铣刀，留出0的余量。各工序具体的加工对象、加工方式、切削方式和使用刀具如表3-1所示表4.1加工工序工序加工对象刀具余量1整个零件的粗加工D16R40mm2电极半精加工D16R40mm3电极曲面半精加工B60mm4电极顶面精加工D16R4-0.2mm5电极曲面精加工B6-0.2mm6电极侧壁精加工D16R4-0.2mm7底座上侧精加工D120mm8底座下侧壁精加工D120mm9底座顶面精加工D120mm4.1.3导入模型倒入模型，cimatron由四大模块组成，分别是三维造型、二维图纸、编程、有限元分析，将电极的三维造型图导入到编程界面中如下图4.2：图4.2导入模型在标题栏中单击绿色对好图标，之后进入到了数控加工编程界面，如图图4.3编程界面4.1.4创建刀具在编程界面中单击刀具和钻头建进入刀具的设置界面在其中设置所用刀具的直径、类型其中包括刀具设定刀尖设定。设置界面如下图4.4：图4.4刀具设置界面在直径处填入16,在倒圆半径处填入4，在切削刃长度处填入33，其余按原有设置保存。按照以上步骤分别建立加工中所用的刀具。4.1.5创建加工工序（1）创建刀路轨迹一般在刚进入数控编程界面时进行，数控编程刀路的种类包括2.5轴铣削、3轴铣削、4轴铣削、5轴铣削等，本例采用3轴铣削。在数控编程界面中单击创建加工程序便出现如4.5图所示的对话框：图4.5创建工序界面（2）毛坯的建立cimatron加工系统中将毛坯作为工序的一部分，在其中选择创建毛坯命令建立毛坯，cimatron中有多种建立毛坯的方式，可以按曲面、轮廓、箱体、文件等建立毛坯。如4.6图示:图4.6建立毛坯界面（3）零件的建立单击加工向导栏上的创建零件图标，弹出零件图标对话框，默认的零件类型为曲面，图形区中所有的曲面都被选中，在对话框下面显示曲面数量，单击确定完成零件的创建。如图4.7所示：图4.7建立零件界面4.1.6 以体积铣-环切-3D策略粗加工整个零件根据前面的工艺分析，首先采用T1D16R4刀具对整个电极模型进行粗加工。单击加工向导栏上的创建加工程序图标，此时程序管理器显示为灰色，策略参数区和程序参数区被激活。（1） 选取加工策略在主菜单列表中选取体积铣选项，在子选择列表中选取传统加工程序-环切-3D选项，如图4.8：图4.8（2） 选取刀具和零件 在程序参数区得刀具和卡头和零件选项中，默认是刀具“T1D16R4,无须修改。如图4.9： 图4.9（3） 设置刀路参数刀路参数包括安全平面、进刀退刀点、精度和曲面偏移、刀路轨迹、限制Z值、层间铣削和高速铣等参数，如图4.10所示：图4.10（4） 设置机床参数 机床参数采取默认设置。如图4.11 图4.11（5） 计算并保存单击策略区下方的计算并保存，cimtron开始计算刀具路径，计算结束后，程序管理器激活，而策略参数区和程序参数区显示为灰色，生成刀具的路径如图4.12所示。 图4.12（6） 高级仿真单击加工向导栏高级模拟图标，弹出模拟检验对话框，在对话框右上方的要模拟的加工程序列表中只有刚创建的程序“体积铣-环切-3D,如图4.13所示。图4.134.1.7 电极半精加工在程序管理器中，单击程序R-粗加工环切后的显示图标，使其显示为灰色，如图4.14所示，关闭粗加工刀具路径在图形区的显示。图4.14（1） 以层切策略半精加工电极侧壁根据前面的工艺分析采用T1D16R4刀具对电极部分进行半精加工。单击加工向导栏上的创建加工程序图标，此时程序管理