基于Cimatron E的四轴数控加工技巧
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摘要：复杂自由曲面加工在现代制造中占据了很大的份额，数控加工程序编制的复杂性和困难性也就体现出来，伴随着自动编制程序的发展，CAD/CAM解决方案越来越受到青睐。本文是基于cimatron E典型结构四轴数控加工技巧分析，通过刀具、曲面路径、干涉检查、刀具轨迹连接几个重要工艺内容处理，从而获得理想的加工效果，解决复杂自由曲面的加工编程问题。
关键词：Cimatron E，自由曲面，四轴，数控加工
1.引言
自由曲面是在工程中最复杂而又经常遇到的曲面，主要出现在航空、造船、汽车、家电、机械制造等部门中许多零件外形，如飞机机翼或汽车外形曲面，以及模具工件表面等均为自由曲面。
伴随着自由曲面复杂程度的增加，其加工也需要数控编程技术的发展。自动编程技术的发展，使得自由曲面朝着更加多轴化方向发展，不同的CAM软件为此提供了纷繁的解决方案，Cimatron E软件是开发和销售制造业CAD/CAM软件的领导者，它的优势在于方便快捷，结构层次清晰，是集造型、编程、模具设计于一体的CAD/CAM于一体的优秀解决方案工具。
2.刀具选择
自由曲面加工无论是从质量还是效率成本来说，选择合适的刀具能够直接决定其最终结果。一般，复杂自由曲面刀具选择通常为球头立铣刀，其材料可根据加工机床参数选用陶瓷刀具、金刚石道具等，刀具尺寸根据加工部位空间大小选择适合数值。否则会因选的过小磨损刀具，延长加工时间，选择过大会导致加工质量低。如图1所示零件结构在加工中选用8mm球头立铣刀作为半精加工和精加工。
图1结构图
3.曲面路径
在运用Cimatron E解决四轴数控加工编程时重点在于合理设计刀路轨迹上。选择合适的刀路轨迹方式，不仅可以提高零件的尺寸精度和表面粗糙度，得到更优质的加工质量，同时也能有效节约加工时间，降低刀具损耗，提高生产率的同时降低成产成本。Cimatron E解决方案中，在研究四轴联动加工时，刀路轨迹的设计首要是选择合适的曲面路径。软件提供了根据不同结构特点需要的方式：平行铣、沿曲线切削、两曲线之间仿形，平行于曲线、曲线投影、两曲面仿形、平行于曲面，在选择使用时，可按照曲面特点和加工阶段适当选择，通常在加工中，会选择不同加工阶段采用两种或多种曲面路径方式来组合，以期后次加工可以弥补前次加工缺漏。例如，如图1所示，根据零件头部构造特点，可采用两曲线之间仿形加。如图2所示。
图2 曲面路径
4.干涉检查
在四轴、五轴加工中，由于增加了旋转轴的因素，致使在加工过程中可能存在刀具干涉现象，为避免加工中过切或少切，需要在计算路径轨迹中进行干涉检查。通过设定干涉检查，可以有效在工艺中避免干涉现象。其要点在于设定安全距离的同时，可以设计刀具沿刀轴方向退刀、以最大角度倾斜刀具或者刀具向外移动。图1产品拟采用刀具沿刀轴方向退刀工艺解决干涉检查问题。
5.刀具轨迹连接
自由曲面在加工中，走刀轨迹的连接是非常重要的工艺因素，合理的轨迹连接路线能够节约更多的加工时间，有效的安全平面设置能够保证加工效果。
进退刀选择，可以选择由安全区域方式、进给距离方式、快速走刀方式和直接进给等，图一中产品考虑使用由安全区域方式进刀和退刀。
层间或行间连刀，这是加工中涉及到次数最多的一类连刀，可以选择沿曲面连刀、直线连刀、混合样条线方式连刀、步进连刀或者退刀后进刀，图1中结构上部可采用沿曲面连刀。
在进行过工艺设置后，根据选用机床和刀具以及质量要求设置合理的机床参数、切削用量等，经过运行计算可得到图3所示加工轨迹路线。同时可以根据需要进行仿真模拟。在确定无误的状态下运用后置处理模块生成加工程序单，即可完成复杂自由曲面的程序编制工作。
图3头部加工轨迹
6.结论
对于一个复杂曲面零件产品来说，合理设计刀路轨迹是解决数控编程的重点，本文主要是从借助Cimatron E进行编程工艺来讨论，重点在于刀具选择、曲面路径、干涉检查、刀具轨迹连接等设计，优化参数和合理工艺配合，能够有效提高质量和加工效率。
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作者简介：张书红，1982.04.11，山东临沂，汉族，女，讲师，硕士研究生，CAD/CAM，合肥工业大学硕士研究生，单位：合肥财经职业学院