文中較為詳細(xì)地紹了利用Cimatron E進(jìn)行注塑模設(shè)計(jì)與數(shù)控加工編程過程中所涉及的產(chǎn)品分模設(shè)計(jì)、注塑模型腔型芯設(shè)計(jì)、模架的加載及凸凹模數(shù)控三軸銑削加工編程的一些關(guān)鍵技術(shù)，內(nèi)容翔實(shí)全面，所舉實(shí)例均來自生產(chǎn)實(shí)際，文章有較高的參考價(jià)值。 一、前言 Cimatron軟件是以色列Cimatron公司的CAD/CAM/PDM產(chǎn)品，是較早在微機(jī)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)三維CAD/CAM全功能的系統(tǒng)。該系統(tǒng)提供了比較靈活的用戶界面，有優(yōu)良的三維造型、工程繪圖和全面的數(shù)控加工功能，有各種通用、專用數(shù)據(jù)接口以及集成化的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理功能。Cimatron從20世紀(jì)80年代進(jìn)入市場(chǎng)以來，在國(guó)際模具制造業(yè)備受歡迎，用戶覆蓋機(jī)械、鐵路、科研、教育等領(lǐng)域。 Cimatron E是其較新的一個(gè)版本，提供了從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)到工裝工具制造的解決方案，使制造循環(huán)流程化。其豐富的數(shù)據(jù)交換接口，可直接對(duì)UG/Parasolid、Pro/ENGINEER、CATIA進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出，同時(shí)可以IGES、Step、STL、DXF、DWG、SAT等數(shù)據(jù)格式進(jìn)行交換。系統(tǒng)提供參數(shù)化混合數(shù)字建模二維圖形輸出、零件裝配、標(biāo)準(zhǔn)模架等功能模塊，同時(shí)可針對(duì)曲面分模，無需實(shí)體轉(zhuǎn)換。其強(qiáng)大的曲面功能，可方便各種模具的設(shè)計(jì)，尤其是注塑模設(shè)計(jì)。系統(tǒng)提供的快速電極設(shè)計(jì)和Mould Design注塑模具設(shè)計(jì)，能自動(dòng)完成產(chǎn)品的加載裝配、分模和標(biāo)準(zhǔn)模架的選用裝配。 Cimatron E提供智能化2~5軸數(shù)控加工編程，支持高速的NURBS程序輸出功能。Cimatron E支持?jǐn)?shù)控銑削、車削、線切割加工編程。五軸數(shù)控銑削加工包括五軸底刃、側(cè)刃、五軸曲線和鉆孔等加工編程，基于殘留毛坯的加工和數(shù)控編程模板的切削加工編程，基于變速和高速切削加工功能。Cimatron E SDK提供了基于VisualC＋＋和VisualBasic二次開發(fā)語(yǔ)言的豐富函數(shù)庫(kù)。在Microsoft VisualStudio集成開發(fā)環(huán)境下，利用這些函數(shù)庫(kù)可以很方便地開發(fā)出自己專用的應(yīng)用程序，為系統(tǒng)功能模塊的擴(kuò)充提供了較好的平臺(tái)。 二、產(chǎn)品模具分模設(shè)計(jì) 注塑、鍛壓、鑄造等產(chǎn)品塑性成形過程中的分模設(shè)計(jì)是模具設(shè)計(jì)中最為關(guān)鍵的一環(huán)，借助于Cimatron E系統(tǒng)提供的分模設(shè)計(jì)功能模塊(Parting Application)，用戶可以快速地完成分模線、分模面的縫補(bǔ)、分模模擬等功能。良好的分模設(shè)計(jì)直接影響著后續(xù)產(chǎn)品的模架及模具的數(shù)控加工、注塑模擬以及產(chǎn)品的最終成形。Cimatron E系統(tǒng)的分模設(shè)計(jì)具備拔模分析、收縮率設(shè)計(jì)、分模線設(shè)計(jì)、分模面設(shè)計(jì)、分模面縫補(bǔ)、凸凹模毛坯加載、模具坐標(biāo)系統(tǒng)定義、模具分模與模擬、凸凹模輸出等設(shè)計(jì)功能。圖1是利用Cimatron E完成的某產(chǎn)品及模具分模面。 三、注塑模具設(shè)計(jì)向?qū)? 借助Cimatron E系統(tǒng)提供的注塑模具設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)Mold Design，用戶可以完成完整的模具設(shè)計(jì)，包括分模設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)模架、標(biāo)準(zhǔn)件和非標(biāo)件的設(shè)計(jì)裝配、電極設(shè)計(jì)等功能，并以三維或二維工程圖數(shù)據(jù)輸出。模具設(shè)計(jì)向?qū)е饕ㄒ韵轮饕獌?nèi)容：加載凸凹模、冷卻、注射、頂出機(jī)構(gòu)、定位設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)模架和標(biāo)準(zhǔn)件調(diào)用、非標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)與子裝配體設(shè)計(jì)、工程圖及BOM表輸出、NC數(shù)控加工代碼設(shè)計(jì)等。MoldDesign是基于三維參數(shù)化實(shí)體造型的解決方案，它實(shí)現(xiàn)了模具三維設(shè)計(jì)的自動(dòng)化，可完成所有單個(gè)零件、部件組件及標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)和加載裝配，可以方便地將對(duì)模型分成形芯、型腔、滑塊和鑲件。 Cimatron E的注塑模具設(shè)計(jì)Mold Design模塊，可使用戶進(jìn)行如下功能設(shè)計(jì)： (1)加載凸凹模工作部件于動(dòng)定模架上； (2)定位凸凹模工作部件； (3)標(biāo)準(zhǔn)模架調(diào)用； (4)加載替換模具工作組件，如螺釘、注射頂出機(jī)構(gòu)單元、滑動(dòng)單元等； (5)冷卻及注射流道設(shè)計(jì)； (6)BOM表輸出； (7)模具設(shè)計(jì)規(guī)則及配置存儲(chǔ)； (8)一模多腔設(shè)計(jì)。 Mold Design模具設(shè)計(jì)模塊中標(biāo)準(zhǔn)模架調(diào)用、BOM表輸出與模具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)模板配置調(diào)用等功能，使用戶針對(duì)企業(yè)自身的資源合理配置，同時(shí)可以提高模具設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。如圖2所示的是系統(tǒng)提供的標(biāo)準(zhǔn)模架及標(biāo)準(zhǔn)件調(diào)用產(chǎn)品界面；圖3、圖4、圖5分別為某產(chǎn)品凸凹模設(shè)計(jì)實(shí)例、模具設(shè)計(jì)裝配樹及模具設(shè)計(jì)完成后的零部組件BOM表。 四、電極設(shè)計(jì) 在模具型腔制造過程中，金屬切削加工無法完成的狹縫、尖角或清根部位可采用電火花加工，因此必須進(jìn)行電極設(shè)計(jì)。作為電火花加工的關(guān)鍵部分，電極設(shè)計(jì)的合理性影響著狹縫、尖角或清根部位、型面等特征的成形以及影響加工效率的電參數(shù)的選用。使用CimatronE提供的電極設(shè)計(jì)模塊用戶可以完成完整的電極設(shè)計(jì)和電極工程圖輸出，實(shí)現(xiàn)電極設(shè)計(jì)、制造、工藝圖檔信息管理的自動(dòng)化，加速電極的分析、提取、生成和文檔的建立。 電極設(shè)計(jì)流程依次為定義火花加工面、根據(jù)加工面抽取電極三維信息、電極毛坯設(shè)置（毛坯一般提供圓形和方形）、電極坐標(biāo)系設(shè)定、電極刀柄設(shè)計(jì)、電極外圍輪廓的創(chuàng)建、搭接延伸面設(shè)計(jì)等。系統(tǒng)提供了火花面和電極本體放電間隙設(shè)置、新電極設(shè)計(jì)與工程圖輸出等功能，在已成形電極的基礎(chǔ)上，標(biāo)準(zhǔn)電極可以模板形式存儲(chǔ)，用戶可以完成多型腔或相似特征的電極設(shè)計(jì)。此外，系統(tǒng)還可以進(jìn)行電極模擬加工等生動(dòng)的可視化模擬，圖6所示的是產(chǎn)品型腔中的矩形狹縫而設(shè)計(jì)的專用電極。 五、Cimatron E模具數(shù)控銑削加工編程 Cimatron E數(shù)控編程由三維建模、刀具軌跡設(shè)計(jì)、刀具軌跡編輯修改、加工仿真、后置處理、數(shù)控編程模板、二次開發(fā)功能接口、數(shù)據(jù)文件交換等幾個(gè)重要組成部分。系統(tǒng)提供了鉆孔、攻螺紋和鏜孔循環(huán)等點(diǎn)位加工編程功能，具有多種輪廓加工、等高環(huán)切行切以及島嶼加工平面銑削編程功能。其提供的3~5坐標(biāo)復(fù)雜曲面多軸聯(lián)動(dòng)加工編程功能，具有基于殘留毛坯、曲面輪廓、等高分層、環(huán)繞等距、曲面流線、角落清根、曲線五軸等多種刀具軌跡控制方式。刀具軌跡的主要加工策略包括平行銑削、環(huán)繞、等高、深孔鉆削、基于毛坯等多種形式的粗精加工。 Cimatron E提供的模具數(shù)控銑削加工編程方便簡(jiǎn)潔，吸收了其他CAD/CAM系統(tǒng)的數(shù)控編程功能的優(yōu)點(diǎn)。使用系統(tǒng)豐富的三軸粗精加工配合基于殘留毛坯的智能切削、高速切削軌跡的控制、定位5軸控制刀具軸矢量的前傾角和側(cè)傾角的粗精加工、快速鉆孔、插削粗精加工等編程功能，可以快速高效地完成產(chǎn)品的數(shù)控加工程序的編制。針對(duì)每一種加工策略，其刀具軌跡生成控制方式有多種，對(duì)于大余量的型腔和空間曲面的加工，其刀具軌跡的控制方式有：基于殘留毛坯的螺旋循環(huán)加工(Stock Spiral)；空間曲面平行等距銑削(Parallel Cut)，其軌跡平行于XY平面上某直線；以平面上的某點(diǎn)為圓心，軌跡沿徑向以放射狀加工(Radial)；等高分層銑削加工(By Layer)；曲面輪廓三維環(huán)繞等距(3D Step)；軌跡沿曲面的外形按環(huán)繞輪廓的形式進(jìn)行固定Z軸的XY平面內(nèi)的等距加工(Profile)；深孔鉆削粗加工排量(Plunge Mill)；空間曲線三軸或五軸加工(Curve 3x& Curve 5x)等。典型刀具軌跡控制策略如圖7所示。 1. Cimatron E數(shù)控編程基本流程 由于系統(tǒng)界面嚴(yán)格遵循實(shí)際產(chǎn)品的數(shù)控加工流程來設(shè)計(jì)，因此其操作簡(jiǎn)單，在整個(gè)刀具軌跡設(shè)計(jì)規(guī)劃過程中，可任意修改加工對(duì)象、切削參數(shù)等內(nèi)容，值得注意的是，由于其相關(guān)性，在進(jìn)行刀具軌跡流程設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于加工對(duì)象的定義，*有一個(gè)總體的規(guī)劃?？蓪?duì)刀具軌跡和加工程序進(jìn)行拷貝、粘貼、刪除和隱藏等操作，同時(shí)可以對(duì)具體的刀具軌跡方案進(jìn)行編輯修改，如下刀、轉(zhuǎn)角速度的調(diào)整等。系統(tǒng)數(shù)控加工編程模塊提供如下功能：在圖形方式下觀測(cè)刀具沿軌跡運(yùn)動(dòng)的情況、進(jìn)行圖形化修改；具有刀位文件復(fù)制、編輯、修改、刀具定義、機(jī)床和切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)等功能，如可對(duì)刀具軌跡進(jìn)行延伸、縮短、剪裁等編輯修改等。 Cimatron E用于產(chǎn)品零件的數(shù)控加工，其流程如圖8所示。首先是調(diào)用產(chǎn)品零件加載毛坯，調(diào)用系統(tǒng)的模板或用戶自定義的模板、設(shè)計(jì)刀具。然后分別創(chuàng)建加工的程序、定義工序、加工的對(duì)象、定義加工的方式生成該相應(yīng)的加工程序。用戶依據(jù)加工程序的內(nèi)容來確立刀具軌跡的生成方式，如根據(jù)加工對(duì)象的具體內(nèi)容，刀具的導(dǎo)動(dòng)方式、切削步距、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、切削角度、進(jìn)退刀點(diǎn)、干涉面及安全平面等詳細(xì)內(nèi)容生成刀具軌跡。對(duì)刀具軌跡進(jìn)行仿真加工后再進(jìn)行相應(yīng)的編輯修改、拷貝等操作提高編程的效率。待所有的刀具軌跡設(shè)計(jì)合格后，進(jìn)行后處理生成相應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)的加工代碼進(jìn)行DNC傳輸與數(shù)控加工。 2. 模具數(shù)控編程模板 使用數(shù)控編程模板有利于利用已有的經(jīng)驗(yàn)和專家知識(shí)，達(dá)到企業(yè)內(nèi)部資源共享的目的。系統(tǒng)提供了加工程序模板、刀具模板、加工對(duì)象模板、刀具軌跡模板等。在模板中不斷注入數(shù)控編程員、加工工藝師、技術(shù)工人的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣，建立起規(guī)范的數(shù)控加工工藝過程，為強(qiáng)化企業(yè)生產(chǎn)管理提高產(chǎn)品的加工效率和質(zhì)量打下良好的工藝技術(shù)基礎(chǔ)。 Cimatron E系統(tǒng)創(chuàng)建用戶自己的模板可以將預(yù)先的加工順序、工藝參數(shù)、切削參數(shù)設(shè)置好，針對(duì)相似的零件加工對(duì)象，應(yīng)用模板可以大幅度提高數(shù)控編程的效率和質(zhì)量，尤其是在模具行業(yè)。用戶通過加工向?qū)Х浅Ｈ菀椎貜哪０逯蝎@得專家級(jí)的制造過程指導(dǎo)，全部?jī)?nèi)容可非常簡(jiǎn)單而有效地提供給缺乏經(jīng)驗(yàn)的用戶，有利于吸收別人的經(jīng)驗(yàn)。通過向?qū)?，預(yù)先定義的模板可以被激活，并通過簡(jiǎn)單的交互快速生成數(shù)控加工刀具軌跡。加工程序模板與刀具軌跡模板分別以*.pct、*.tpt和*.mtt的文件格式保存。 3. 變速切削及基于殘留毛坯切削 Cimatron E系統(tǒng)提供的等體積恒功率變速切削功能，尤其適合在普通數(shù)控機(jī)床上對(duì)加工余量比較大的難加工材料產(chǎn)品的切削，以充分發(fā)揮刀具和機(jī)床的性能。由于普通數(shù)控機(jī)床在現(xiàn)有企業(yè)所占的比重仍然較大，因此采用變速切削的刀具軌跡策略可以很好地降低制造成本，提高加工的效率。如圖9所示為系統(tǒng)提供的變速切削功能設(shè)置。CimatronE的高速銑削加工功能同時(shí)支持等高分層的粗加工和曲面的精加工，通過在轉(zhuǎn)角處以圓角的形式過渡，避免90。急轉(zhuǎn)（高速場(chǎng)合對(duì)導(dǎo)軌和電機(jī)容易損壞），同時(shí)采用螺旋進(jìn)退刀配合進(jìn)給速度的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，非常適合于高速切削加工，系統(tǒng)還提供環(huán)繞等距等多種方式支持高速加工刀具軌跡的生成策略。借助基于殘留毛坯切削的編程功能，軟件自動(dòng)排除空的刀具軌跡，減少了用戶的工作量，也提高了編程的效率。 如圖10所示的是在CimatronE平臺(tái)上，充分利用系統(tǒng)數(shù)控編程模板、等體積變速切削等功能完成的某復(fù)合材料產(chǎn)品熱壓模凸凹模型腔和型芯的數(shù)控銑削加工程序的刀具軌跡示意圖。 六、結(jié)束語(yǔ) Cimatron E是一款功能非常豐富的CAD/CAM一體化軟件，非常適合于各種模具的開發(fā)和加工。本文所介紹的只是其最基本的一些應(yīng)用，相信，隨著大家對(duì)Cimatron E的熟悉和應(yīng)用，一定會(huì)發(fā)現(xiàn)其更多各種各樣的強(qiáng)大功能，希望本文能起到拋磚引玉的作用。