在数控刀具行业中Cimatron NC的应用

　　以色列Cimatron软件有限公司作为世界上著名的CAD/CAM软件供应商一直致力于为制造行业提供先进的CAD/CAM系统，不仅为用户提供功能强大的通用CAD/CAM系统，而且针对模具制造行业提供了全面的解决方案。Cimatron公司成立于1982年，其股票已经在美国的NASDAQ上市。在世界范围内，Cimatron已拥有7000多个用户，系统销量达12000套。用户广泛遍布于汽车、航空、计算机、玩具、消费类商品、医疗、军事、光学仪器、远程通讯、教育机构和科研院所等。今天，Cimatron公司在世界范围内拥有35个分支机构和子公司。

　　Cimatron公司的Cimatron软件产品是一个集成的CAD/CAM产品，在一个统一的系统环境下，使用统一的数据库，用户可以完成产品的结构设计、零件设计，输出设计图纸，可以根据零件的三维模型进行手工或自动的模具分模，再对凸、凹模进行自动的NC加工，输出加工的NC代码。

　　由于Cimatron在中国的销售量逐年上升，Cimatron公司决定将Cimatron北京代表处(1998年成立)提升为自主经营的子公司--思美创(北京)科技有限公司。Cimatron China在负责市场、销售、技术支持以及售后服务工作的同时，仍然为各个代理商SGV、Unigenius、Semidome在各自区域内的市场、销售、技术支持以及售后服务工作中提供相应的支持。

　　随着模具制造行业的发展，对CAD/CAM系统提出了新的要求，今天Cimatron不仅是一套通用的CAD/CAM系统，而且针对模具行业提供了新的工具集――Quick系列产品(快速产品浏览 {QuickConcept｝、快速模具分模与拔模角度分析及分型面的快速定义{Quick Split｝、快速产品设计对比分析{QuickCompare｝、快速充压模具设计工具{QuickDie｝等)。

　　今天在中国Cimatron的用户群也在急剧的扩大，已广泛应用于各个行业，成为当今模具设计与制造公认的首选产品，很多中国的知名企业都采用的Cimatron。 这些用户包括：春兰机械制造有限公司，海尔模具有限公司，奥克玛模具中心，美的模具制造有限公司、新科机械制造有限公司，河南新乡新飞模具制造有限公司、济南轻骑集团、济南小鸭模具制造有限公司、山东时风集团、洛阳中国第一拖拉机集团、长春客车厂-国凯模具制造和设备维护有限公司、沈阳飞机制造有限公司、陕西飞机制造有限公司、陕西西安航空发动机公司、陕西西安安泰叶片制造有限公司、北京重型电机厂、北京航天部一院、大连康发模具制造有限公司、南京跃进集团工模具厂、昌河飞机制造公司、杭州客车制造厂、上海飞翼客车制造厂、武汉神龙、上海大众集团多家分厂(如上海合众汽车配件厂、上海有色金属模具厂、上海大众配件厂)等等。

　　WINDOWS在线指导

　　技术特色

　　做为世界知名的CAD/CAM系统，Cimatron在数控编程方面一直处于世界公认的领先地位，主要体现在以下几个方面：

　　一、基于知识的加工：这是Cimatron系统内置的加工核心特色，该特色保证了在用户选择了加工对象与合适的加工方法及其工艺参数之后，对加工的状况进行分析，合理地调整刀路轨迹，使加工结果更合理、更安全、更高效;二、基于毛坯残留知识的加工; 做为该技术的原创厂家，Cimatron使这一技术更加完善与丰富。毛坯残留知识是指用户根据实际加工的毛坯形状定义对应的初始毛坯(即可以定义规则毛坯，如方料、圆料等，也可以定义基于零件理论模型偏置的有形状的铸造毛坯)，在加工过程中，系统时时刻刻都知道上次加工后在零件的理论模型表面上剩余的毛坯形状与毛坯特点，从而结合具体的加工方法对加工轨迹做一系列的加工优化：

　　自动去处空走刀

　　A、实现无空走刀加工：特别是在加工零件是铸造出来的时候，该特点更加使得产生的刀路轨迹没有空走，而且加工的轨迹与效率最优;因为我们可以根据铸造毛坯的情况定义根据零件理论模型而定义沿零件表面等距偏置的铸造毛坯，而且Cimatron系统时时知道当前在零件理论模型表面的毛坯状态，在进行等高粗加工的时候，系统会根据当前零件表面的毛坯状态进行优化计算，只在有毛坯的地方产生加工轨迹，避免出现像没有基于毛坯残留知识的系统在进行等高开粗时出现空切的情况。

　　B、实现安全的相对安全快速抬刀、移刀：为提高加工的效率，Cimatron支持相对抬刀位置的相对抬刀方法，相对高度可以定位高于抬起位置一定的高度，如2mm、5mm，在移刀的过程中进行刀具与零件残留毛坯的比较，在发生干涉的情况下采用用户最初定义的安全高度进行移刀;

　　C、实现真正意义上的刀具及其夹头的干涉检查：

　　(A)真实的干涉检查：没有真正的基于毛坯残留知识的干涉检查的CAM系统是用刀具与零件的理论模型进行比较的，容易导致实际加工的碰撞，而采用毛坯残留知识的加工的CAM系统是用刀具与零件上一次实际加工的残留毛坯形状进行比较，使得碰撞检查更完善、更安全也更合理;

　　自动分层加工

　　(B)自动采用备选刀具逐次加工：用户可以指定备选加工刀具列表，在第一把刀在加工特深的峡谷与沟壑发生干涉时，系统只用当前的刀具加工可以加工的区域，而接着采用第二把刀加工它可以加工的区域，再选另一把刀加工它可以加工的区域，直到加工完成为止。在程序输出上用户可以选择按刀具分别输出不同部分的程序，也可以在程序中自动换刀而以一个程序输出;

　　D、实现完整意义上的刀具载荷的分析与速率调整优化：

　　(A)基于切削体积：基于毛坯残留知识的加工使得系统能真正根据刀具当前的实际加工量――加工体积――进行载荷分析，而不是根据刀宽进行推测，增加了刀具载荷分析优化的科学性与准确性;

　　(B)基于切削角度：Cimatron不仅能根据毛坯状况进行速率调整优化，还可以根据刀具沿零件表面的运动角度进行优化-切入材料的角度越大速率越小，切出材料的角度越大速率越大;

　　(C)过载分层加工：Cimatron 载荷分析与优化技术还在余量过多的情况选择分层切削的处理方式，即对残留的过多毛坯自动分多层加工完成;

　　残留毛坯余量

　　三、逐深加工技术加工特深零件：在实际加工中我们会遇到许多深度较深的零件，为达到最佳的加工效果，对这些零件的加工Cimatron允许用户随着深度的增加渐次加大刀具的长度，对不同长度的刀具可以限制其加工的深度范围，从而避免了采用单一长度的刀具完成整个加工而由于刀具回弹所造成的加工偏差，致使加工结果不理想;

　　四、直观的加工结果校验：支持最后加工结果毛坯与理论模型的比较，使编程人员迅速知道当前所编程序在零件实际加工后的基本状况，从而帮助编程人员进行编程决策，即知道需要进行进一步加工的情况，进行进一步的编程。

　　五、基于工艺特征的自动化编程;作为最早应用该技术的Cimatron公司，使得该技术的应用更加灵活。该技术可以把工厂的典型工艺过程与参数存储起来形成加工模式，当有新的零件可以采用同样的加工方法进行加工时，技术人员不用从头编制加工工艺，让系统根据技术人员选定的加工模式实现自动编程。该技术有以下几个特色：

　　(A)工艺模式不用特别定制，只要认为某个加工过程具有复用性，用户即可存成加工模式;

　　(B)加工模式的工艺参数表具有工艺参数的参数相关性，几个工艺参数的修改可以使其他相关的工艺参数随之修改，如用户该用另外一把刀具时，切深和侧向吃刀量等都会随之修改，这不仅增加了工艺参数定义的快捷与方便性，也增加了工艺模式的适应性;

　　(C)以多种方法实现几何信息的识别与提取。一个零件的加工包含多个加工步骤，不同的加工步骤中可能有些步骤只涉及零件的相关的部分，这时就要求工艺模式能自动识别与某一加工步骤相关的对应几何信息。Cimatron可以允许用户指定多种方法来完成，如基于颜色识别的机制、基于线型的机制，基于几何集合定义的机制以及该三种机制的结合使用。

　　(D)由于这些工艺结合了使用单位产品特点、编程特点以及实际设备等加工状况的大量实际情况，使得这些工艺更合理、更精练、更安全、更高效;这些典型工艺可以形成编程的知识库，新来的技术人员还可以很快利用已有的工艺库进行实际的编程工作。

　　智能清根加工

　　六、基于斜率分析技术的一体化加工策略：

　　(A)斜率分析技术：斜率分析技术是随着日益紧迫的加工生产需求，对加工程序编制要求更加自动化、更加迅速而产生的一个针对铣削加工特点的技术，该技术是指在程序的生成过程中，能对零件的实际形状特点进行分析与区别，从而完成特定形状采用特定加工方法的程序计算技术。

　　(B)一体化分析加工：Cimatron是最早采用斜率分析技术的CAM系统之一，今天Cimatron已经实现了从单独特征区域自动分析查找技术进而采用合适的加工方法进行该特定区域加工的初级阶段，发展到了面向整个加工对象的一体化分析与加工――使用一个功能即可进行不同加工区域的识别与特点分析，然后综合整个零件的不同区域，采用最优化的、最快捷的方式对不同的区域采用不同的加工策略，同时保证不同加工区域间最佳的刀路连接与优化，保证最佳的表面质量。

　　(C)应用示例：如上图的清根加工，系统会自动分析出哪些区域是水平区域，哪些区域是垂直区域，在水平区域可以采用沿轮廓等距加工、平行切削加工或环行加工方式，对垂直区域采用等高线加工方式实现垂直区域的拐角清理;如左侧两个线框显示的图片所示，系统在对零件进行精加工时采用斜率分析的方法可以对整个零件或由轮廓定义的加工区域进行分析，对不同的加工区域采用更加合适的加工方法――对垂直区域采用等高线精加工，对平缓区域采用沿表面环切的方法进行精加工，从而在一个WCUT加工功能内即实现了整个零件或部分区域的整体精加工，同时保证了最优的加工效率、获得最好的表面质量。

　　七、最佳事前优化，减少事后完善―Cimatron针对模具行业的独特加工策略：

　　多轴零件加工

　　(A)最佳事前优化技术是指在模具的编程过程中，系统提供了丰富、有针对性的技术，使每一步的加工都为下一步的加工做好最佳的准备，减少由于上部加工结果不理想造成进行进一步加工编程时增加编程人员对加工条件的考虑，同时也影响加工的效果;

　　(B)事后完善是指在当前加工条件不良的情况下，用户使用一些辅助的编程设定或优化方法，避免当前不良状况的影响，如避免刀具过载等。

　　(C)在Cimatron系统中的许多编程技术都对这样的要求给予了充分的考虑。比如享誉全球的Cimatron的WCUT是一个集粗加工、半精加工和精加工于一体的加工方法，使用该方法进行粗加工时，系统会在两层之间发现在平缓区域的过多余量进而对这些对精加工有不良影响的部分进行自动的层间再加工(采用逐次等高法，沿面光刀法等)，从而使精加工之前在零件表面的余量尽量均匀，避免局部刀具过载发生崩刀，也使得将来的精加工时不会由于不得以的低速切削造成表面质量不够好，为下一步的精加工做好充分的准备。如果在精加工时为避免由于余量不均对刀具产生不良影响，如刀具过载，采用事后的刀具载荷分析与优化，虽然可以避免事故的发生或影响零件的表面质量，但不是最佳的处理办法。因为如果在零件的表面到处都是大余量的地方，到处都要进行低速切削，不仅影响了加工效率，而且加工的表面质量也会受到影响，特别在高速铣削加工的应用中更加忌讳这种情况的出现，高速加工也不成为高速铣削加工了。

　　高速铣螺旋式侧向移

　　八、功能丰富、完善、安全和高效的高速铣削加工：在任何形式下都可以用NURBS插补输出来支持高速铣削;先进的高速铣削能力：螺旋进刀，圆角走刀，层间、行间的圆弧连刀和摆线式加工使走刀轨迹更加光滑以适应高速铣削;在残留毛坯知识的基础上优化进给数率;通过自动调节进给速度和自动分层来确保恒定的刀具载荷针，对高速铣削实现行间的圆弧连刀和螺旋式移刀等等。

　　Cimatron高速铣削已经在国内得到了广泛的应用，如海尔集团模具制造有限公司、春兰机械制造有限公司、西安航空发动机有限公司-安泰叶片等等。

　　九、支持紧急任务的并行编程加工模式;

　　模具制造行业有时面临着紧迫的任务，这时如何把一个任务分布到不同的编程人员实现协同加工至关重要。由于Cimatron有基于毛坯残留知识加工，而且用户可以把某一加工编程结果毛坯存储起来分给其他编程人员，这样其他编程人员就可以在此基础上针对零件的不同区域进行相应的精加工编程和精细加工编程;结合PDM会使该项工作更便捷;

　　十、具有时时决策支持的数控编程系统：Cimatron为用户数控编程中遇到的可能问题提供了辅助分析工具，如加工前零件可加工区域的检查(检查是否又倒角而不能加工的区域)，零件最小曲率半径的大小与所在区域，当前残留毛坯的即时察看(用户不用仿真模拟就可以指导当前零件的加工结果如何，而且用户可以进行动态剖切分析)，余量分析校验等等。

　　PDM技术工艺信息管

　　十一、以项目为中心进行技术信息管理的PDM系统为平台的信息共享与协作环境;

　　Cimatron 的PDM系统，以客户/服务器模式为技术人员提供了一个信息集成的应用平台，使得任务的计划与进度管理成为可能，实现了以项目为中心的技术信息的集中管理，为技术信息安全提供了有效的保证。在信息管理中，不仅可以进行项目管理、文档管理、任务管理、工作流程管理和工作进度管理，所有与技术相关的其他文档都可以得到管理，如Word、Excel、PowerPoint等，模具模型、加工代码、技术模版和机床设备状况等也可以实现一体化管理。

　　Cimatron的加工特色使Cimatron已经成为当今数控加工、特别是模具加工的首选软件之一，Cimatron的加工技术仍在继续、快速地发展，而保持世界领先的地位。

　　毛坯动态即时分析