思美創(chuàng)公司開發(fā)的主要應(yīng)用於高精度微小零件和模具的設(shè)計(jì)與制造的微銑削軟件CimatronE，曲面加工精度高達(dá)0.1μm，可幫助模具制造者提高制造效率、模具品質(zhì)和降低模具制造成本。

隨人類科技的進(jìn)步，多數(shù)產(chǎn)品對(duì)微小的系統(tǒng)元件、零件以及子裝配的需求越來越大，隨之產(chǎn)生對(duì)微小產(chǎn)品（比如醫(yī)療手術(shù)小鑷子直徑為0.6mm）和模具的需求。為保證微銑削所產(chǎn)生的刀路高效安全并獲得所需的曲面品質(zhì)，人們需要具有新的幾何演算法和加工策略的軟件。

思美創(chuàng)（Cimatron）公司較早地意識(shí)到微小零件加工所遇到的這些挑戰(zhàn)，遂加入了由歐共體組建的微銑削研究專案中，與Fuaunhofer產(chǎn)品技術(shù)研究院（IPT）以及領(lǐng)先的機(jī)床制造商共同參與了這個(gè)專案，為微型產(chǎn)品的加工提供解決方案。

創(chuàng)新的演算法設(shè)計(jì)

Cimatron能夠提供處理微型加工的商業(yè)化CAD/CAM軟件解決方案。為了滿足高精度微小零件的加工要求，在Cimatron中可以通過創(chuàng)建一個(gè)新的刀路形式來滿足這種零件的特殊極端條件，其允許最小編程公差為0.0001毫米，它為模具制造者以及產(chǎn)品加工提供很高的精度和品質(zhì)，而且在實(shí)際編程過程中計(jì)算刀路的速度也很快。理論上，利用傳統(tǒng)演算法計(jì)算此類資料量巨大的精密程式，容易導(dǎo)致電腦出現(xiàn)溢出或死機(jī)現(xiàn)象而無法順利計(jì)算出編程結(jié)果，但Cimatron的微銑削策略通過特殊演算法，程式計(jì)算時(shí)間比傳統(tǒng)的公差等級(jí)程式短，提高了編程的計(jì)算效率。

典型應(yīng)用

從2003年4月份開始，在歐盟的支援下，技術(shù)研究組織（CRAFT）歷時(shí)24個(gè)月開始對(duì)微型塑膠元件的注射模具進(jìn)行微銑削這個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行研究。在Fraunhofer Institute of Production Technology（IPT）領(lǐng)導(dǎo)下，該項(xiàng)目涉及到從技術(shù)提供到微型加工整個(gè)過程，包括CAD/CAM軟件供應(yīng)商（Cimatron），銑削機(jī)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，微型模具銑削的精度<5μm，曲面粗糙度<0.2μm。

測(cè)試項(xiàng)目使用了為工模具行業(yè)提供CAD/CAM集成解決方案的CimatronE軟件，Cimatron使用了實(shí)體曲面混合建模技術(shù)，其ACIS內(nèi)核技術(shù)提供了高達(dá)1nm的內(nèi)部精度。

如果導(dǎo)入的產(chǎn)品資料模型品質(zhì)不好，必須在CAM操作之前進(jìn)行修復(fù)。一些小的孔或者縫隙可能最終導(dǎo)致較低的加工品質(zhì)。與單純的實(shí)體建模不同，Cimatron的混合建模擁有“為制造而設(shè)計(jì)”功能用以修復(fù)幾何模型，通過各種曲面功能融合縫隙并變成實(shí)體。

Magafor為此項(xiàng)目提供特殊的刀具，刀具最小直徑50μm，為了順利完成切削，主軸轉(zhuǎn)速高達(dá)160,000rpm。為了降低風(fēng)險(xiǎn)，防止換刀過程中產(chǎn)生的不連續(xù)的微型曲面，CimatronE提供了多種加工策略。NC策略中支持斜線或螺旋下刀保證刀具最大限度地光滑和連續(xù)進(jìn)入工件。

加工過程中通過應(yīng)用高速切削（HSC）策略獲得均勻一致刀路，并使用了毛坯殘留知識(shí)防止斷刀，以對(duì)微型腔進(jìn)行開粗。

通過對(duì)此項(xiàng)目使用多種精加工策略測(cè)試發(fā)現(xiàn)，基於曲面的NC策略有時(shí)會(huì)產(chǎn)生不均勻的刀路，通過使用3D步距策略結(jié)合HSC獲得了更好的效果。同時(shí)CimatronE也提供了在曲面上定義U－V方向的銑削策略，這一點(diǎn)證明是對(duì)於微銑削最合適的精加工策略。通過對(duì)微型轉(zhuǎn)子進(jìn)行U－V方向加工，產(chǎn)生測(cè)試型腔并獲得了很高的加工精度。

Cimatron的微銑削技術(shù)通過識(shí)別真實(shí)的殘留微型毛坯以及具有同樣功能的開粗、二次開粗、精加工微和擺線開粗等加工策略保證刀路軌跡安全高效。5軸傾角滿足需要非常小直徑的短錐型刀進(jìn)行零件加工，以及硬度和曲面品質(zhì)要求皆高的材料加工。為了滿足高速銑削要求，Cimatron采用了多種高速銑削策略。如角部圓角連接、零重?cái)[線精加工、S連刀和螺旋下刀、自適應(yīng)Z層精加工和流線加工。

同時(shí)，Cimatron強(qiáng)大的CAD功能可以修復(fù)微小裂縫和重高效處理導(dǎo)入的破損資料，滿足微銑削的特殊要求，CimatronE支持樣條逼近加工和流線銑削，減少加工時(shí)間，降低刀具磨損和破壞。

此外，Cimatron支持無縫縮放計(jì)算環(huán)境，在計(jì)算環(huán)境中按照放大的進(jìn)行計(jì)算，而對(duì)任何輸入或輸出包括模型、視圖、仿真、NC報(bào)告、G代碼都不會(huì)產(chǎn)生任何影響。

北京阿奇夏米爾北京應(yīng)用中心，成功加工出客戶所需求的直徑僅為0.1mm的高精度電子元器件，完工成品呈半圓弧面，所用切削材質(zhì)在HRC55－58之間。這一電子元器件的加工是由米克朗HS500高速銑削加工中心完成的，配置了轉(zhuǎn)速為42,000r/pm的高速主軸以及相應(yīng)的微細(xì)加工刀具系統(tǒng)，并運(yùn)用了CimatronE微銑削軟件。

阿奇夏米爾生產(chǎn)的米克朗HSM500高速銑削加工中心，專為精密電子類模具用戶和小型精密零件加工行業(yè)定制。其床身結(jié)構(gòu)為龍門框架式，采用混凝土聚合物（人造大理石）制成，可有效吸收較高加速度情況下產(chǎn)生的強(qiáng)烈沖擊力，從而確保高度的加工精度。

結(jié)論

上述實(shí)例表明，Cimatron的微銑削軟件主要應(yīng)用於高精度微小零件和模具的設(shè)計(jì)與制造，實(shí)現(xiàn)了高效與低成本的有效統(tǒng)一，也挑戰(zhàn)了電腦的配置和性能；機(jī)床的速度、穩(wěn)定性和吸震性；軟件自身的運(yùn)算速度和加工精度。

通過運(yùn)用非常小的刀具（直徑小於0.1mm），CimatronE微銑削軟件精度高達(dá)0.0001mm的優(yōu)質(zhì)曲面品質(zhì)，可滿足“直接加工”的特殊需求，使模具制造者減少電極的使用，提高制造效率，縮短交付周期，提高模具品質(zhì)和降低模具制造成本。同時(shí)，借助其內(nèi)部嵌入的強(qiáng)大CAD工具，保證高幾何演算法的順暢運(yùn)行，可勝任高精度微小零件和模具的設(shè)計(jì)與制造。(end)