创新型微铣削技术的应用

思美创公司开发的主要应用於高精度微小零件和模具的设计与制造的微铣削软件CimatronE，曲面加工精度高达0.1μm，可帮助模具制造者提高制造效率、模具品质和降低模具制造成本。

随人类科技的进步，多数产品对微小的系统元件、零件以及子装配的需求越来越大，随之产生对微小产品（比如医疗手术小镊子直径为0.6mm）和模具的需求。为保证微铣削所产生的刀路高效安全并获得所需的曲面品质，人们需要具有新的几何演算法和加工策略的软件。

思美创（Cimatron）公司较早地意识到微小零件加工所遇到的这些挑战，遂加入了由欧共体组建的微铣削研究专案中，与Fuaunhofer产品技术研究院（IPT）以及领先的机床制造商共同参与了这个专案，为微型产品的加工提供解决方案。

创新的演算法设计

Cimatron能够提供处理微型加工的商业化CAD/CAM软件解决方案。为了满足高精度微小零件的加工要求，在Cimatron中可以通过创建一个新的刀路形式来满足这种零件的特殊极端条件，其允许最小编程公差为0.0001毫米，它为模具制造者以及产品加工提供很高的精度和品质，而且在实际编程过程中计算刀路的速度也很快。理论上，利用传统演算法计算此类资料量巨大的精密程式，容易导致电脑出现溢出或死机现象而无法顺利计算出编程结果，但Cimatron的微铣削策略通过特殊演算法，程式计算时间比传统的公差等级程式短，提高了编程的计算效率。

典型应用

从2003年4月份开始，在欧盟的支援下，技术研究组织（CRAFT）历时24个月开始对微型塑胶元件的注射模具进行微铣削这个项目进行研究。在Fraunhofer Institute of Production Technology（IPT）领导下，该项目涉及到从技术提供到微型加工整个过程，包括CAD/CAM软件供应商（Cimatron），铣削机床商（Kern），刀具制造商（Magafor）以及模具制造商（Promolding B.V.、Structoform和MMTAG），模具材料硬度到53HRC，微型模具铣削的精度<5μm，曲面粗糙度<0.2μm。

测试项目使用了为工模具行业提供CAD/CAM集成解决方案的CimatronE软件，Cimatron使用了实体曲面混合建模技术，其ACIS内核技术提供了高达1nm的内部精度。

如果导入的产品资料模型品质不好，必须在CAM操作之前进行修复。一些小的孔或者缝隙可能最终导致较低的加工品质。与单纯的实体建模不同，Cimatron的混合建模拥有“为制造而设计”功能用以修复几何模型，通过各种曲面功能融合缝隙并变成实体。

Magafor为此项目提供特殊的刀具，刀具最小直径50μm，为了顺利完成切削，主轴转速高达160,000rpm。为了降低风险，防止换刀过程中产生的不连续的微型曲面，CimatronE提供了多种加工策略。NC策略中支持斜线或螺旋下刀保证刀具最大限度地光滑和连续进入工件。

加工过程中通过应用高速切削（HSC）策略获得均匀一致刀路，并使用了毛坯残留知识防止断刀，以对微型腔进行开粗。

通过对此项目使用多种精加工策略测试发现，基於曲面的NC策略有时会产生不均匀的刀路，通过使用3D步距策略结合HSC获得了更好的效果。同时CimatronE也提供了在曲面上定义U－V方向的铣削策略，这一点证明是对於微铣削最合适的精加工策略。通过对微型转子进行U－V方向加工，产生测试型腔并获得了很高的加工精度。

Cimatron的微铣削技术通过识别真实的残留微型毛坯以及具有同样功能的开粗、二次开粗、精加工微和摆线开粗等加工策略保证刀路轨迹安全高效。5轴倾角满足需要非常小直径的短锥型刀进行零件加工，以及硬度和曲面品质要求皆高的材料加工。为了满足高速铣削要求，Cimatron采用了多种高速铣削策略。如角部圆角连接、零重摆线精加工、S连刀和螺旋下刀、自适应Z层精加工和流线加工。

同时，Cimatron强大的CAD功能可以修复微小裂缝和重高效处理导入的破损资料，满足微铣削的特殊要求，CimatronE支持样条逼近加工和流线铣削，减少加工时间，降低刀具磨损和破坏。

此外，Cimatron支持无缝缩放计算环境，在计算环境中按照放大的进行计算，而对任何输入或输出包括模型、视图、仿真、NC报告、G代码都不会产生任何影响。

北京阿奇夏米尔北京应用中心，成功加工出客户所需求的直径仅为0.1mm的高精度电子元器件，完工成品呈半圆弧面，所用切削材质在HRC55－58之间。这一电子元器件的加工是由米克朗HS500高速铣削加工中心完成的，配置了转速为42,000r/pm的高速主轴以及相应的微细加工刀具系统，并运用了CimatronE微铣削软件。

阿奇夏米尔生产的米克朗HSM500高速铣削加工中心，专为精密电子类模具用户和小型精密零件加工行业定制。其床身结构为龙门框架式，采用混凝土聚合物（人造大理石）制成，可有效吸收较高加速度情况下产生的强烈冲击力，从而确保高度的加工精度。

结论

上述实例表明，Cimatron的微铣削软件主要应用於高精度微小零件和模具的设计与制造，实现了高效与低成本的有效统一，也挑战了电脑的配置和性能；机床的速度、稳定性和吸震性；软件自身的运算速度和加工精度。

通过运用非常小的刀具（直径小於0.1mm），CimatronE微铣削软件精度高达0.0001mm的优质曲面品质，可满足“直接加工”的特殊需求，使模具制造者减少电极的使用，提高制造效率，缩短交付周期，提高模具品质和降低模具制造成本。同时，借助其内部嵌入的强大CAD工具，保证高几何演算法的顺畅运行，可胜任高精度微小零件和模具的设计与制造。(end)