Cimatron软件五轴加工解决方案的优势

文章来源:MM《现代制造》 点击数:616 发布时间:2017-09-04
Cimatron是美国3D Systems公司旗下产品,它包括模具制造和产品加工两大块,目前全世界的装机量达10万多套,客户遍及汽车、造船、航空和医疗等诸多行业,Cimatron五轴加工以高效、安全、功能强大著称于世,大大提升了五轴机床的加工能力。
Cimatron软件五轴加工解决方案的优势

Cimatron是以色列Cimatron公司的一个旗舰产品,它包括模具制造和产品加工两大块,目前全世界的装机量达4万多套,客户遍及汽车、造船、航空和医疗等诸多行业,Cimatron五轴加工以高效、安全、功能强大著称于世,他大大提升了客户五轴机床的加工能力。下面就对机床加工安全性、效率和加工能力阐述Cimatron软件的一些优势。

一、具有强大CAD支撑的NC编程环境,不需要来回切换操作,提高编程效率

很多时候5轴编程者避免不了对原始CAD模型进行修改,或者为了安全和得到特殊要求的刀路轨迹,需要做一些辅助面和辅助线。

Cimatron五轴加工解决方案给客户提供了强大的CAD工具,可以方便地进行CAD操作以解决上面的问题。

下图1是北方某一个客户设计的用来做展览的动车车头零件的一部分,由其它格式数据文件导入的,箭头所示的面最初设计是自由曲面,精加工自由曲面则需要更多的时间,客户为了赶进度,需要对模型修改,要把自由曲面变成平面。这就需要CAD的一些功能才能解决这个问题。

在Cimatron的NC环境通过“删除几何”命令把原来自由曲面删掉,通过“组合曲线”(自动逼近成2D曲线)命令把自由曲面边界组合成2D曲线,再通过“边界曲面”命令就可以由2D曲线创建平面。三个命令界面分别见图2、图3和图4。

这个例子不仅体现了软件一体化环境的方便性,也体现了强大的CAD修改功能。

二、具有强大的高效粗加工策略,提高加工效率,缩短产品交付时间

5轴零件比如航空件毛坯往往是一块整料,需要去除很多的材料,如图5所示,其最大尺寸为1500mm,对于这种零件客户非常关注粗加工各个槽所用的时间,因为他会影响零件的交付周期。

Cimatron五轴加工解决方案在粗加工里提供了“高效加工”策略,用以快速地去除大量毛坯体积。图6采用“高效加工”策略生成的刀路轨迹,它具有螺旋下刀、摆线加工、大的切深、均匀的加工载荷、光顺的刀路轨迹等特点,加工效率比传统粗加工提高35%,而且刀具寿命也有提高。

图5 方形毛坯                  图6粗加工轨迹              图7二次粗加工

高效加工后,后续的粗加工会精确地继承“高效加工”后的剩余毛坯,保证后续粗加工轨迹安全和路径优化,图7是高效加工后的二次粗加工轨迹,可以看出只在拐角处有刀路轨迹,没有空切产生。

三、精加工具有自动倾斜加工功能,编程简单,表面质量优异。

Cimatron五轴加工解决方案在精加工策略看提供了自动倾斜加工功能,也就是3轴刀路轨迹在一定的条件下自动转化成5轴刀路轨迹。

这在深腔模具的精加工方面得到了广泛的应用,这样的加工功能可以在最初采用短的刀具对零件进行3轴加工,在刀柄和零件或者夹具干涉时主轴自动倾斜进行5轴加工,这最大的好处是编程简单,提高五轴机床加工效率,而且一个程序加工下来,加工质量好,没有程序间的接刀痕迹。

下面图8显示的是某个客户的一个活塞模具,图9显示开始采用3轴加工,刀具没有倾斜,图10显示当刀柄和零件干涉时,机床主轴会自动转换成5轴倾斜加工。

图8活塞模具    图9 三轴轨迹  图10五轴轨迹

四、5轴航空铣更好地考虑到了加工工艺性,编程简单,加工质量容易保证。

Cimatron五轴加工解决方案为产品加工提供了航空铣模块,功能强大而且灵活,它针对产品编程效率和加工质量提供了很多工艺选项,举例如下:

1、自动给拐弯处的刀路轨迹倒圆角

当零件上的拐角为尖角或者拐角处的圆角半径和精加工刀具半径相等时,拐弯处的刀路轨迹是带有尖角的,这在高速加工时对刀具和机床有一定的冲击,拐角处还会留有加工震纹。

为了解决上面的问题,需要对拐角处的刀路轨迹进行光顺,Cimatron五轴航空铣参数设定面板有一个“附加半径”参数,不需要修改模型就可以对拐角处的轨迹直接进行倒圆角,以得到光顺的刀路轨迹。

见下图11,采用的刀具直径是12来加工拐角半径也是12的曲面,在参数设定面板里“附加半径”给定0.8mm(在公差范围内),生成的有圆角的刀路轨迹如图11右侧箭头显示,

图11定义圆角                                            图12分层加工

2、五轴自动沿面的法向多行开粗

多行开粗可以做到在一个程序里既有5轴粗加工还有5轴精加工轨迹,如图12是5轴侧刃铣削设定多行开粗的界面,设定2层切削,一层是粗加工,另一层是精加工,粗加工给精加工留量0.2;图13显示的计算出来的刀路轨迹,在五轴机床实际加工时是先沿着面法向粗加工,紧接着沿着面法向精加工,然后在下一层加工,这在加工大的薄壁零件可以有效防止变形。采用“多行开粗”另一个好处就是编程简单化了。

图13自动分层五轴加工轨迹               图14局部进给调整参数

3、5轴精加工拐弯加减速控制

在零件特定的加工区域,为了得到更好地加工效果,需要对某一个区域的进给速度进行控制,比如在零件的拐角处,在Cimatron五轴航空铣“有效工具”窗口可以方便定义不同的进给率,图14显示设定在指定区域进给速度为实际的25%。

根据上面设定的参数,计算刀路轨迹,图15显示拐角外部进给速度为3000mm/min,图16显示拐角处进给速度为设定的正常进给25%,也就是750 mm/min。

图15 正常加工进给值                   图16角落进给值

4、强大的自动避让功能

Cimatron五轴加工解决方案为产品加工提供了自动避让功能,当5轴刀路遇到有干涉的区域,刀具会自动摆角进行避让,以防碰撞或者过切。

下图17是航空零件的一部分,采用Cimatron自动避让功能编制的刀路轨迹,刀具从右向左使用侧刃加工,在加工过程中刀具遇到不同的加工面时会根据曲面的位置自动倾斜进行加工,不需要人为设置一些检查面,减少编程时间。

五、CimatronE五轴通用性好,可以加工更多种类的产品

Cimatron五轴加工解决方案提供的策略丰富,既有加工叶轮和弯管的加工策略,也有加工其它5轴零件的加工策略,提升客户五轴机床的加工范围广,对于加工产品比较杂的客户使用Cimatron五轴会有更大的竞争力。

下图18是Cimatron“5轴加工”模块里包括的加工策略,可以加工一般的5轴零件、电极、简单弯管、简单叶轮等,图19是Cimatron “5轴应用”模块里包含的加工策略,主要针对带有副叶片的叶轮、复杂弯管、航空结构件等的加工。从这两个图片可以看出Cimatron五轴强大的加工能力。

图17五轴自动避让功能                   图18 五轴加工模块                       图19五轴应用模块

六、强大的机床仿真功能,保证加工更安全

机床仿真是5轴加工不可缺少的一个环节,它为程序是否安全、加工结果是否满足要求做最后的把关,Cimatron五轴加工解决方案提供了强大的机床仿真功能。

根据编程需要可以对刀路轨迹仿真也可以反读G代码仿真,既可以使用毛坯仿真也可以不使用毛坯仿真,仿真过程中有任何碰撞或者过切都会有报警显示,使用毛坯仿真的结果可以和理论模型进行比对,通过颜色显示过切或者欠切多少,使用方便、灵活。

图20是反读G代码仿真实际加工窗口界面,是对一个带有辅叶片的叶轮程序进行加工仿真,图21显示的是仿真结果,颜色代表加工理论偏差值,偏差值根据加工精度可以进行调整。

七、独有的5轴微铣削加工策略

为了满足市场对于微小零件的加工需求,以色列Cimatron公司开发了一项世界上独有的微铣削加工技术,目前国内客户已经在使用,此项技术允许使用更小刀具如直径0.05mm刀具进行粗加工和精加工,加工精度可以达到0.0001mm,此项技术对于毛坯计算非常精准,保证使用很小的刀具在超高速五轴机床加工不会断刀。

图20 Cimatron自带五轴机床仿真                    图21自动显示加工结果误差

下图23箭头指的是CimatronE微铣削加工策略的选择窗口,图24是客户使用微铣削技术加工的零件,和火柴头相比,可知零件和刀具大小。

八、成熟的客户遍及全球,加工经验彼此共享。

Cimatron五轴加工解决方案给客户提供的加工策略功能强大,性价比高,在国内外五轴机床比如德国德玛吉、哈默、瑞士米克朗、美国哈斯、日本牧野、大隈等5轴机床加工了大量零件,积累了丰富的加工经验。新购买五轴机床和Cimatron软件的客户可以参照他们的经验,快速地进入实战,提高竞争力。图25展示了在5轴机床加工的部分零件。

图25

除了上面介绍的软件优势,Cimatron软件在粗加工里的自动清理台阶技术、精加工里的行间铣削和一体化加工技术、五轴钻孔里的自动对孔分组和自动生成孔程序等等都是世界超前的加工技术,由于篇幅所限不在一一论述,请读者浏览cimatron的官方网站。

总之,Cimatron提供的五轴加工解决方案对于提高客户五轴机床加工能力,提高车间的生产力有明显的优势,Cimatron软件也是近几年全国数控大赛被官方指定为参赛软件,有越来越的客户包括职业院校在使用Cimatron软件。