基于Cimatron E软件的瓶身数控加工与编程优化

马廷洪，韩亚军

(重庆科创职业学院机电技术中心，重庆 永川 402160)

随着我国世界制造工厂地位的确立，数控加工技术在数控机床中以其高效率、柔性化的应用而受到越来越广泛的欢迎.数控加工就是把待加工零件的全部工艺过程、几何和工艺参数编成数控程序.在数控编程中工艺问题处理的好坏，不仅会影响机床效率的发挥，而且将直接影响到零件的加工质量，生产的效益.数控编程中的工艺处理有很大的灵活性，对于同一零件同一个问题，在工艺设计上可能有多种方案，必须具体问题具体分析，在保证加工的质量优、效率高、成本低等基本要求下，科学地、最优化地设计数控加工工艺并编制加工程序.

本文以Cimatron E软件为设计平台对某塑料瓶的三维特征及工艺结构进行设计［1］，并进行数控加工生成刀具路径.

1 瓶身凹模型腔的效果

某塑料瓶的瓶身如图1所示，模具材料为塑胶模具钢3Cr2Mo，型腔尺寸:高264mm，宽180mm，最大深度47mm.

2 数控加工工艺分析

数控加工工艺分4个流程，其具体加工方式和刀具参数如表1所示.

表1 工艺分析表

2.1 型腔粗加工

曲面挖槽粗加工主要目的是要求单位时间内尽快地去除材料［2］，为半精加工准备工件的几何轮廓.机床选用三轴联动加工中心，主轴类型为BT40，刀具选用Φ32R6的机夹式刀具，采用体积铣-粗加工环行铣的铣削方式，刀具路径如图2所示.

粗加工机床参数如图3所示:切削速度为280m/min;主轴转速 2800 r/min;机床进给6000mm/min;空切速度为快速;进刀速率为30%;切入进给速率30%.

刀路主要参数:采用螺旋式下刀，进刀角度为5°;铣削方向为顺铣;安全高度绝对坐标为50mm;背吃刀量(深度)0.6mm;侧向步长20mm;预留余量0.8mm.

图1 塑料瓶凹模型腔

图2 粗加工刀具路径

图3 机床上设置的参数

2.2 型腔半精加工

半精加工主要目的是使工件轮廓平整，表面精加工余量均匀［3-5］，这对于模具加工尤为重要，因为它会在精加工时引起刀具载荷的变化，而影响切削过程的稳定性与表面质量.机床为同一台三轴联动加工中心，刀具选用Φ12R3的机夹式刀具，采用体积铣—二次开粗的铣削方式.

机床加工参数为:切削速度200m/min;主轴转速5500 r/min;机床进给1700mm/min;空切速度为快速;进刀速率为30%;切入进给速率为30%.

刀路主要参数:安全高度绝对坐标50mm;刀具定位为轮廓内部;零件曲面侧壁加工余量为0.2mm;零件曲面底面加工余量为0.2mm;曲面精度0.01mm;铣削方向选择顺铣;垂直步进类型为可变，从图4中可以看出刀具的局部走刀路径.

图4 二次开粗刀具路径及局部放大视图

2.3 型腔精加工

精加工主要目的是为了得到理想的尺寸，提高表面粗糙度.由于加工余量较小，所以尽量采用高速铣削以获取更好的表面质量，从图5中可以看出刀具路径非常的平缓.机床仍然选用三轴联动加工中心，刀具选用Φ6整体式合金球头刀，采用曲面铣-层铣削方式铣削.

机床加工参数:切削速度200m/min;主轴转速12000 r/min;机床进给2000mm/min;空切速度为快速;进刀速率为30%;切入进给速率70%;向下进给速率100%.

刀路主要参数:轮廓进刀/退刀为切向;安全高度绝对坐标50mm;刀具定位为轮廓内部;零件加工余量为0;层间铣削选择水平加工;为了能够获得更好的表面光洁度，侧向步长给0.1mm;切削方向选择顺铣;铣削方向为由内向外.

2.4 清角加工

清角加工主要是清除前一刀路径所残留材料的刀具路径，从图6中可以清楚地看出这一点.这时的刀具选用Φ6R0.5整体式环形刀，采用局部精铣加工—清根铣方式铣削.

机床加工参数:切削速度80m/min;主轴转速4500 r/min;机床进给800mm/min;快速速率为30%.

刀路主要参数:进刀/退刀选择优化;安全高度绝对坐标50mm;零件加工余量为0;二次开粗选项去掉“√”铣削方向选择混合铣;前一把刀偏移量 1.0mm.

图5 精加工刀具路径及局部放大图

图6 清角加工路径

2.5 后置处理

完成上面的编程后，可以通过后置处理得到需要的NC程序，根据机床的系统，选择相应的后处理文件，通过Cimatron E的后处理功能得到详细的加工单，交付车间完成加工.

3 结语

本文利用Cimatron E的数控加工功能完成了产品的工艺分析与NC程序的输出.数控加工路线的定制要针对产品的不同，合理地利用刀具、合理选择机床才能制定出更好的加工路线，提高加工效率和加工精度.要正确处理好数控编程中程序优化问题，除了扎实的加工工艺基础外，还应善于分析，从而利用所掌握的各项知识，理论联系实际，在实践中不断总结经验，提高自己的程序编制水平.

［1］梁训瑄.饮料瓶凹模型腔高速铣削工艺与编程优化［J］.机床商情，2010(11):88-89.

［2］金江.基于CAD/CAM的手机外壳数控加工［J］.重庆文理学院学报:自然科学版，2009，28(2):20-23.

［3］王卫兵.Cimatrong E模具设计与数控编程实例教程［M］.北京:清华大学出版社，2005.

［4］卫兵工作室.Cimatron E中文版数控编程入门与实例进阶［M］.北京:清华大学出版社，2007.

［5］郭成操.机械加工工艺基础［M］.北京:冶金工业出版社，2008.