四、电极设计

    在模具型腔制造过程中，金属切削加工无法完成的狭缝、尖角或清根部位可采用电火花加工，因此必须进行电极设计。作为电火花加工的关键部分，电极设计的合理性影响着狭缝、尖角或清根部位、型面等特征的成形以及影响加工效率的电参数的选用。使用CimatronE提供的电极设计模块用户可以完成完整的电极设计和电极工程图输出，实现电极设计、制造、工艺图档信息管理的自动化，加速电极的分析、提取、生成和文档的建立。

    电极设计流程依次为定义火花加工面、根据加工面抽取电极三维信息、电极毛坯设置（毛坯一般提供圆形和方形）、电极坐标系设定、电极刀柄设计、电极外围轮廓的创建、搭接延伸面设计等。系统提供了火花面和电极本体放电间隙设置、新电极设计与工程图输出等功能，在已成形电极的基础上，标准电极可以模板形式存储，用户可以完成多型腔或相似特征的电极设计。此外，系统还可以进行电极模拟加工等生动的可视化模拟，图6所示的是产品型腔中的矩形狭缝而设计的专用电极。

    五、Cimatron E模具数控铣削加工编程

    Cimatron E数控编程由三维建模、刀具轨迹设计、刀具轨迹编辑修改、加工仿真、后置处理、数控编程模板、二次开发功能接口、数据文件交换等几个重要组成部分。系统提供了钻孔、攻螺纹和镗孔循环等点位加工编程功能，具有多种轮廓加工、等高环切行切以及岛屿加工平面铣削编程功能。其提供的3~5坐标复杂曲面多轴联动加工编程功能，具有基于残留毛坯、曲面轮廓、等高分层、环绕等距、曲面流线、角落清根、曲线五轴等多种刀具轨迹控制方式。刀具轨迹的主要加工策略包括平行铣削、环绕、等高、深孔钻削、基于毛坯等多种形式的粗精加工。

    Cimatron E提供的模具数控铣削加工编程方便简洁，吸收了其他CAD/CAM系统的数控编程功能的优点。使用系统丰富的三轴粗精加工配合基于残留毛坯的智能切削、高速切削轨迹的控制、定位5轴控制刀具轴矢量的前倾角和侧倾角的粗精加工、快速钻孔、插削粗精加工等编程功能，可以快速高效地完成产品的数控加工程序的编制。针对每一种加工策略，其刀具轨迹生成控制方式有多种，对于大余量的型腔和空间曲面的加工，其刀具轨迹的控制方式有：基于残留毛坯的螺旋循环加工(Stock Spiral)；空间曲面平行等距铣削(Parallel Cut)，其轨迹平行于XY平面上某直线；以平面上的某点为圆心，轨迹沿径向以放射状加工(Radial)；等高分层铣削加工(By Layer)；曲面轮廓三维环绕等距(3D Step)；轨迹沿曲面的外形按环绕轮廓的形式进行固定Z轴的XY平面内的等距加工(Profile)；深孔钻削粗加工排量(Plunge Mill)；空间曲线三轴或五轴加工(Curve 3x& Curve 5x)等。典型刀具轨迹控制策略如图7所示。

    1. Cimatron E数控编程基本流程

    由于系统界面严格遵循实际产品的数控加工流程来设计，因此其操作简单，在整个刀具轨迹设计规划过程中，可任意修改加工对象、切削参数等内容，值得注意的是，由于其相关性，在进行刀具轨迹流程设计时，对于加工对象的定义，最好有一个总体的规划。可对刀具轨迹和加工程序进行拷贝、粘贴、删除和隐藏等操作，同时可以对具体的刀具轨迹方案进行编辑修改，如下刀、转角速度的调整等。系统数控加工编程模块提供如下功能：在图形方式下观测刀具沿轨迹运动的情况、进行图形化修改；具有刀位文件复制、编辑、修改、刀具定义、机床和切削参数数据库等功能，如可对刀具轨迹进行延伸、缩短、剪裁等编辑修改等。

    Cimatron E用于产品零件的数控加工，其流程如图8所示。首先是调用产品零件加载毛坯，调用系统的模板或用户自定义的模板、设计刀具。然后分别创建加工的程序、定义工序、加工的对象、定义加工的方式生成该相应的加工程序。用户依据加工程序的内容来确立刀具轨迹的生成方式，如根据加工对象的具体内容，刀具的导动方式、切削步距、主轴转速、进给量、切削角度、进退刀点、干涉面及安全平面等详细内容生成刀具轨迹。对刀具轨迹进行仿真加工后再进行相应的编辑修改、拷贝等操作提高编程的效率。待所有的刀具轨迹设计合格后，进行后处理生成相应数控系统的加工代码进行DNC传输与数控加工。

    2. 模具数控编程模板

    使用数控编程模板有利于利用已有的经验和专家知识，达到企业内部资源共享的目的。系统提供了加工程序模板、刀具模板、加工对象模板、刀具轨迹模板等。在模板中不断注入数控编程员、加工工艺师、技术工人的知识、经验和习惯，建立起规范的数控加工工艺过程，为强化企业生产管理提高产品的加工效率和质量打下良好的工艺技术基础。

    Cimatron E系统创建用户自己的模板可以将预先的加工顺序、工艺参数、切削参数设置好，针对相似的零件加工对象，应用模板可以大幅度提高数控编程的效率和质量，尤其是在模具行业。用户通过加工向导非常容易地从模板中获得专家级的制造过程指导，全部内容可非常简单而有效地提供给缺乏经验的用户，有利于吸收别人的经验。通过向导，预先定义的模板可以被激活，并通过简单的交互快速生成数控加工刀具轨迹。加工程序模板与刀具轨迹模板分别以*.pct、*.tpt和*.mtt的文件格式保存。

    3. 变速切削及基于残留毛坯切削

    Cimatron E系统提供的等体积恒功率变速切削功能，尤其适合在普通数控机床上对加工余量比较大的难加工材料产品的切削，以充分发挥刀具和机床的性能。由于普通数控机床在现有企业所占的比重仍然较大，因此采用变速切削的刀具轨迹策略可以很好地降低制造成本，提高加工的效率。如图9所示为系统提供的变速切削功能设置。CimatronE的高速铣削加工功能同时支持等高分层的粗加工和曲面的精加工，通过在转角处以圆角的形式过渡，避免90。急转（高速场合对导轨和电机容易损坏），同时采用螺旋进退刀配合进给速度的自动调节功能，非常适合于高速切削加工，系统还提供环绕等距等多种方式支持高速加工刀具轨迹的生成策略。借助基于残留毛坯切削的编程功能，软件自动排除空的刀具轨迹，减少了用户的工作量，也提高了编程的效率。

    如图10所示的是在CimatronE平台上，充分利用系统数控编程模板、等体积变速切削等功能完成的某复合材料产品热压模凸凹模型腔和型芯的数控铣削加工程序的刀具轨迹示意图。

    六、结束语

    Cimatron E是一款功能非常丰富的CAD/CAM一体化软件，非常适合于各种模具的开发和加工。本文所介绍的只是其最基本的一些应用，相信，随着大家对Cimatron E的熟悉和应用，一定会发现其更多各种各样的强大功能，希望本文能起到抛砖引玉的作用。