Cimatronit軟件中WCUT工序在復雜型腔加工中的應用

王斌修 王均波

（青島理工大學機械工程學院，山東青島 266033）

三軸銑削加工方式支持三個坐標軸聯動，可解決一般的曲面加工問題。在模具加工中，三軸加工是使用最多的一種加工方式，同時也能解決絕大部分的模具銑削加工問題。Cimatronit針對型腔模具加工中應用最為廣泛的三軸銑削加工編程，應用其原創的基于毛坯余量知識的智能NC編程技術，結合加工模具零件的各種獨特功能，使其成為當今最理想的型腔模CAM解決方案之一。

在三軸銑削加工中，一般可分為粗加工、半精加工和精加工三種類型。粗加工的目的在于從毛坯上高效地去除大部分的余量，而精加工的目的主要在于達到零件要求的表面精度與質量。在這兩類加工之間，根據需要一般還要做半精加工，其目的主要在于去除粗加工后留下的不均勻余量，使加工后的余量較小且比較均勻，有利于精加工采用較高的切削速度，以達到高精度、高效率的目的。

Cimatronit中的MILL 3AXES就是用于此種加工方式的刀路類型。在該刀路類型中，提供了相當豐富的三軸加工策略。特別值得指出的是其中的WCUT工序，可同時支持模具的粗加工、半精加工及精加工，不僅可以基于毛坯余量情況進行半精加工，而且在精加工中支持曲率分析，能自動針對不同類型的曲面采取不同的加工策略來完成。以下將通過一個模具零件的整個加工過程，來分別介紹使用WCUT工序進行粗加工、半精加工及精加工編程的方法。

1 前期準備工作

1.1 建立機床坐標系

打開模型文件，選擇UCS/ORIGIN+ROT，新建一個名為WCUT的用戶坐標系。選擇MODEL坐標系為參考坐標系時，并以SURFACE-C方式選擇零件左上角點，當出現ROTATE提示時，選擇No，完成坐標系的定義。繼續選擇UCS/ACTIVE，將該坐標系設置為當前坐標系，如圖1所示。此款模具為提升機架下模具鑄造型腔，型腔復雜，材料為H13模具鋼。鑄造件材料為鋁38，鑄造必須符合TT-89。經過加工中心的初步加工后，到雕刻機上進行小刀具精雕加工。本文主要通過此款模具型腔在加工中心的數控加工，論述WCUT工序在粗加工、半精加工及精加工的應用。

1.2 建立三軸刀路

切換至NC模塊后，系統自動建立一個與WCUT相對應的M—WCUT機床坐標系。在隨后顯示的刀路管理器刀路模式下，選擇CREAT/MILL 3AXSE生成一個三軸刀路TP-WCUT。

1.3 建立刀具

在建立具體的工序之前，一般需要設置好加工所使用到的刀具。如果在此之前已建立了刀具庫，則直接從刀具庫調用即可，否則也可根據需要臨時定義刀具。定義刀具可選擇道路管理器的TOOLS，也可直接選擇應用功能菜單中的TOOLS功能。根據模具型腔加工的需要，建立了三把刀具，E50進行型腔的開粗加工，E20在粗加工的基礎上進行半精加工，B10完成型腔的最終精加工。刀具參數如表1所列。

表1 加工所使用刀具參數

1.4 建立毛坯工序

毛坯是一個三軸程序，代表原始材料的形狀，通過加工程序的銑削，得到最終完成的工件。每個坐標系只需要定義一個毛坯，毛坯的狀態會隨著加工程序的銑削自動進行更新。

進入程序模式下，選擇CREAT/STOCK，進行毛坯的建立。毛坯的外形尺寸為360 mm×350 mm×100 mm的矩形件，上下平面及四周輪廓已精加工，現需要在加工中心上完成整個型腔的加工。

2 數控編程工序安排

2.1 建立WCUT粗加工工序

粗加工的目的在于從毛坯上盡可能高效地去除大部分的余量，其中切削效率是該工序主要考慮的因素。我們采用E50環形刀進行模具型腔的粗加工。

選擇CREATE/WCUT，在選擇第一組加工面的提示下，采用BY CRITERIA方式選中所有曲面模型，并在選擇第二組加工面及定義加工輪廓范圍的提示下直接退出選擇。

選擇WCUT CONTOUR ROUPH進行粗加工。由于WCUT/ROUGH工序具有高效的環繞切削走刀及智能化的進刀設置等優點，是針對型腔模零件粗加工的理想工序。該工序可根據加工參數中設置的加工高度范圍及層降高度，生成一系列隨毛坯外輪廓及零件加工外形的變化而變化的等高切削層。在每個切削層中，能基于對零件形狀的自動判斷，生成采用側向或螺旋等自動進刀方式，并采取環繞或毛坯環繞等走刀形式來切削毛坯輪廓與零件輪廓所圍區域之間的材料。WCUT粗加工還支持加工區域過濾，針對不具備中心切削能力的刀具，通過對MIN PLUNGE SIZE參數的設置，系統會自動過濾掉刀具盲區干涉的區域的粗加工路徑，而避免事故的發生。

進入WCUT工序參數表，對有關的主要參數作如表2所示的設定，參數設置完后執行該工序，生成的刀具路徑如圖2所示。

2.2 基于毛坯余量的半精加工

半精加工的效率與質量對整個模具加工是至關重要的。由于粗加工后毛坯上的各處余量不均勻，如果直接根據零件模型來生成半精加工刀路，為了安全的考慮，必須根據余量最大的情況來生成刀路，這樣在加工中必然會產生大量的空走刀，影響加工效率。

理想的半精加工應基于粗加工后毛坯的加工余量來計算刀具軌跡。使用WCUT/ROUGH工序，并選擇加工參數中的WITHSTOCK選項，使用Cimatron獨特的最佳事前優化技術，使生成的刀具軌跡根據粗加工后毛坯的加工余量情況來生成，不僅徹底消除了空刀現象，而且刀具的切削載荷更合理，刀具軌跡更流暢，相比采用事后優化技術能生成更理想的半精加工刀具軌跡。同時還可以使用獨特的沿面層加工功能，選擇BETWEEN LAYERS：ON SRF選項，使兩個切削層之間的毛坯加工余量通過合理的沿面層間再加工，相比通過減小層降高度來提高零件的表面加工精度的方法，可在達到相同效果的前提下，大大提高加工效率。

表2 粗加工參數設置

使用E20刀具進行半精加工，參數設置與粗加工相似，使用WCUT/ROUGH+FINISH，選擇WITH STOCK（計算刀路時根據毛坯殘留情況進行計算）選項，選擇BETWEEN LAYERS：ON SRF（層間加工采用沿面銑削方法）選項，其他參數設置不再詳述。參數設置完成后生成的半精加工刀具路徑如圖3所示。

2.3 型腔精加工

零件精加工是實現零件最終加工要求的一道工序，精加工效果的好壞將影響整個加工工藝的成敗。

精加工的目的是要達到零件在拋光前的尺寸精度及表面質量。由于拋光余量較小，因此在精加工后的表面應基本沒有明顯的刀痕，且尺寸基本到位。為了實現這個目的，要求刀具在進刀時應采用較小的切削量、較高的切削速度。當然，要使精加工能順利進行，前提是精加工前毛坯上余量較小并分布比較均勻。

本例型腔精加工使用WCUT工序中獨特的斜率分析功能，能自動區分加工面中的垂直區域與水平區域，并采用不同的精加工方式分區域來完成整個加工面的精加工。采用WCUT/FINISH選項，并在加工參數中選擇BETWEEN LAYERS：HORIZ，能對加工面進行自動斜率分析，并根據分析的結果自動將不同的區域分別采用沿面加工及等高線加工來進行。

使用B10刀具進行型腔的精加工，參數設置為：使用WCUT/FINISH工序，選擇BETWEEN LAYERS：HORIZ（將曲面區分為垂直區域和水平區域分別進行加工）選項，選擇SLOPE ANGLE=30°（曲面斜率角小于30°為水平區域，其余為垂直區域）選項，其它參數與上述加工參數相似，在此不再詳述。參數設置完成后，進行刀路軌跡計算，生成精加工刀具路徑如圖4。

3 仿真結果與加工模型

選中程序管理器上的所有工序，選擇SIMULATION/SIMULATOR選項，進入模擬校驗環境，進行模具型腔的加工仿真，仿真結果如圖5所示。

通過后置處理（POST），將上述所編寫的加工程序轉換為機床可以識別的NC代碼，將生成的NC代碼傳輸到三菱加工中心進行加工，加工的結果如圖6所示。

由于刀具及模型等方面的問題，在加工中心上銑削加工后，在模具的某些局部還會留有一些無法加工的余量，這些地方的精加工需要在后續的CNC雕刻機上進行精雕加工。

4 結語

針對模具的數控加工，Cimatronit提供了非常豐富的加工功能，但采用不同的加工工藝及不同的加工工藝參數，會產生完全不同的加工效果。通過對提升機架上模具型腔的數控加工，介紹了WCUT工序可同時完成同一款模具的粗加工、半精加工和精加工，并通過合理的參數設置來達到最理想的加工效果。

1 章永建.Cimatron模具設計與制造指導——基礎篇［M］.北京：清華大學出版社，2003.

2 深圳市希馬頓科技有限公司，Cimatron IT CAM操作技術編著［M］.北京：清華大學出版社，2004.

3 詹建新.淺談Cimatron 12在加工中心編程中的應用［J］.模具制造技術，2008（8）