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CimatronE 五轴加工中灵活的刀具倾角策略作者：Cimatron本文提纲：1、CimatronE 5轴市场应用状况2、灵活的刀具倾角策略在5轴编程中的重要作用3、详细介绍CimatronE 5轴灵活刀具倾角策略4、结束语近几年来，根据制造业的不断需求，Cimatron公司从E7版本开始在产品线上增加了超强的5轴产品加工模块；由于Cimatron公司对市场的敏锐把握，Cimatron用户（包括教育用户）数量一直以直线上升态势发展，行业涉及航空、航天、军工、汽车和医疗器械，软件的功能提高了客户的产品质量和生产效率，得到了客户的一致好评，为他们创造了前所未有的价值。
持续技术革新，把5轴加工能力保持在世界一流水准用以高端产品加工是Cimatron集团公司永不改变的目标。
CimatronE 5轴刀具倾角策略在编程的重要作用：下面的图片是CimatronE产品加工里5轴的编程界面，图片“刀轴控制”实际就是刀具的倾角控制，位置和曲面路径（曲面路径就是加工工艺策略）相邻，它起着很重要的作用，编制程序时是必须要考虑的一项内容，它决定刀路是否合理甚至决定是否能够生成刀路轨迹，使用者必须根据实际零件特点灵活选择倾角策略。
CimatronE 5轴灵活刀具倾角策略详细介绍：我们说CimatronE刀轴倾角策略灵活，是因为它根据目前市场产品加工的特点，给出了多达11个选项的倾角策略，见上图所示，这些选项允许用户编程工程师根据实际的零件的特点，灵活选择倾角策略以便达到理想的加工效果。
下个图表对倾角策略的功能进行了归纳，并举出了实际加工的实例。
倾斜策略汇总项目/序号倾斜策略策略描述图片说明实际举例实际举例说明1 没有倾斜，保持和曲面垂直刀轴方向和面的法向成零角度使用端刃加工绿色面2 相对切削方向倾斜刀轴方向和切削方向或切削方向的侧向成一定的角度使用前倾角加工叶片面，避免刀尖切削刀轴和一定角度，可以避免刀尖加工大力神杯下部曲面。
CimatronE数控刀具加工教程－高效加工随着数控刀具行业的发展，对其加工精度和加工质量都提出了严格的要求，这就需要提高我们现有的加工手段。
我们以可转位刀具为例，具体讲解高效加工在Cimatron中的具体应用。
可转位刀具刀片槽的加工是数控刀具中重要的加工对象，其主要特点是：空间复合角度，一般多为两轴旋转角度面，尺寸精度和表面粗糙度均要求较高。
模具业的发展对数控刀具的制造质量和周期提出了更高的要求。
选择一款数控编程软件来完成数控刀具的制造，对数控刀具的好坏和周期的长短起着重要的作用。
加工要点：第一：必须五轴五联动机床方可实现该数控刀具的加工；第二：考虑到零件的实际尺寸，所以要求机床具有足够的行程；第三：加工编程时需要一定的灵活性，也就是对软件的灵活性的要求；第四：针对该产品的特殊性，必须具有一套完整的加工工艺。
第一步：粗开排屑槽排屑槽的加工，使用4轴直纹曲面加工策略，首先选取被加工曲面的顶部轮廓与底部轮廓，以确定加工范围。
可以根据实际情况的不同来确定约束条件，在Cimatron中提供了顶部轮廓、平面和Z层来限制顶部轮廓，而底部轮廓提供了底部轮廓、曲面和平面三种方式来限制。
根据该刀具的特殊性，我们选择顶部轮廓和底部轮廓。
边界的提取是依赖于模型的修复。
应先使用修复功能 曲面――修改――边界对工件曲面A/B进行修复，然后进行边界的提取。
刀具参数中设置设置进刀长度20mm，这种方式可以避免刀具在进刀过程中工件发生碰撞的现象。
切削方向选择单向，行数为1行，这种加工方式大大提高粗加工中的材料切除率。
在Cimatron编程中，许多参数是互相关联的，也就是说当其中的一个或几个参数确定后，其他与之关联的参数也就确定了。
在系统中用数学关系式描述这种关系，以达到减少人工设置参数个数的目的。
但在选择前应延伸被加工曲面，延伸长度至少大于所使用刀具半径。
通过步进方式的选择来控制每次切削深度，这里值得注意的是刀具直径不同被加工深度的选择也就存在着一定的差异。
CimatronE微铣削软件挑战三大极限--与米克朗合作，共同加工出高精度微小零件加工中心(HSM)以及配套的加工工具和自动化产品等。
HSM500是曾为高速铣削领域创造了新标准的米克朗HSM高速铣削加工中心系列中的新成员，是专为精密电子类模具用户和小型精密零件加工行业定制的高速铣削机床。
它采用混凝土聚合物(人造大理石)制成的龙门框架式的床身结构，可以有效地吸收高加速度时产生的冲击力，以确保高的加工精度。
专门量身定制的高刚性工作台，在有限的空间内实现尽可能大的装夹面积。
可配置30000转/分、42000转/分甚至54000转/分的高速电主轴，从而可实现高性能的高速铣削工艺。
Cimatron E微铣削是Cimatron参与的微铣削研究项目的成果，该项目在欧共同体的支持下由德国亚琛的Fraunhofer产品技术研究所（IPT）领导，它汇集了世界领先的模具制造供应商，并通过复杂的高精度3D结构对高精密注射模具的制造过程进行了验证。
CimatronE微铣削是加工微小零件和高精密零件的一种全新加工技术。
微铣削使用非常小的刀具（直径小于0.1mm）并能获得非常小的曲面公差和高质量的曲面精度。
米克朗HSM500高速铣削加工中心的推出，得到了业界客户的青睐。
在2022年10月份，客户提出了要加工直径为0.1mm、半圆弧面的微小电子原器件，切削材料是HRC55-58之间(瑞典钢材公司生产)。
历时3个月，在经过瑞士总部、上海米克朗的一再努力下，并且某知名软件也参加了此次零件的设计与加工，但还是未能加工出客户的零件模型。
在米克朗的多方了解下，得知CimatronE微铣削是全球首款微型零件数控铣削加工商业化应用软件；高精度微小零件和模具高效低成本设计与制造；0.1毫米刀具加工0.0001毫米公差的超高曲面质量；内嵌CAD工具保证高几何精度算法。
在2022年1月份，米克朗与Cimatron公司取得了联系，Cimatron公司也表示非常愿意跟米克朗一起把此零件做出来，至此，两家的合作也正式开始了。
收稿日期252基金项目徐玉平(52),女,硕士研究生。
文章编号:100124934(2008)0620046204基于Cimatr on E 的手机上盖型腔高速铣削加工徐玉平(广东白云学院 机电系,广东 广州 510450)摘 要:通过一款手机上盖型腔的加工,介绍了Cimat ron E 高速铣削加工工艺设计要点和刀具路径的生成过程。
利用Cimatron E7系统提供的零件加工仿真模拟功能检测工艺参数的设置是否合理。
利用Cimat ron E7的后置处理程序来生成NC 数控G 代码。
指出C imat ron E 作为一款高端CAD/CAM 软件,在实际加工中可缩短编程时间、提高程序的正确性和安全性,降低生产成本,提高工作效率。
关键词:高速铣削加工;型腔;Cimatron E ;仿真加工中图分类号:T G 659 文献标识码:BAbstract :The ke y p oi nts i n high spee d mil li ng pr ocess des igni ng and t ool pat h gene rati onp rocess we re i nt roduce d t hrough disc ussi ng t he cavi t y m achini ng of a cell p hone c over.The rat ionali t y of t he pr ocess pa ra me te rs was checked by t he m achi ni ng si m ul ati on f uncti on p ro 2vi ded by t he Ci mat ron E 7s ys t em.The N C G c ode was ge ne rat e d by t he p ost p rocessi ng p ro 2gra m of Ci m at r on E 7.As a high 2e nd C AD/CA M s of t ware ,Ci ma t ron E coul d re duce t he p rogra m mi ng ti me ,i mp rove t he c or rect ness and s ecurit y of pr ogra ms ,cut p roducti on cost s ,a nd i mp rove t he eff icie nc y.K eyw or ds :hi gh s peed mill i ng pr ocess ;c avi ty ;Ci ma t ron E ;ma chi ni ng si mulat i on0 引言高速铣削加工技术是20世纪80年代开始发展的新技术,目前市场上出现的高速铣削加工机床的最高转速在40000-60000r/min ,在X -Y -Z 坐标轴方向的最大工作进给速度提高到24-30m/min 。
CimatronE高速铣削加工策略研究《制造业自动化》2008版核心期刊学术论文摘要：除了适合高速加工必备的机床（含数控系统）及刀具处，选择恰当的CAM软件、生成恰当的适合高速加工的数控加工程序是高速加工的关键。
CimatronE光滑的进退刀方式及移刀方式、良好的刀路拐角过渡功能、基于智能毛坏残留知识的进给优化处理功能、基于斜率分析的一体化加工技术、领先的微加工技术、灵活的5轴倾角策略、NURBS插补功能及待加工轨迹监控功能、较丰富的高速加工工艺优化策略及丰富的轨迹规划方法、这些决定了cimatronE优秀的高速加工工艺性能。
关键词：螺旋线加工；余摆线加工；斜率分析；微铣削；NURBS插补；残料加工（一）引言高速铣削加工以高效率、高精度和高表面质量为基本特征，数控高速加工是正在发展和完善的机械加工方法，它基于数控设备（数控系统）和CAD/CAM软件，而CAD/CAM软件的使用对高速加工效率及零件加工精度有很大的影响；cimatronE其基于知识的智能加工、基于智能毛坏残留知识的进给优化处理功能、一体化加工技术、微加工技术、灵活的5轴刀轴倾角控制功能，NURBS插补输出等这些决定其自动编程所产生的数控程序具有良好的高速加工工艺性能。
使其成为业界认同的当今比较适合高速加工编程的软件之一。
（二）Cimatron E光滑的进退刀方式高速切削加工时、刀具切入工件的方式、不仅影响加工质量、同时也直接关系到加工的安全。
刀具高速切削工件时、工件将对刀具产生一定的作用力。
此外、刀具以全切深和满进给速度切入工件将会缩短刀具的寿命。
通过较平缓的增加载荷，可以达到保护刀具的目地。
刀具切入工件时应尽量沿轮廓切向切入的方式缓缓的增加切削载荷，并保持恒定的载荷，切线式切入和螺旋式切入，以保持刀具轨迹光滑平顺，在Cimatron E系统中，有多种多样的进、退刀方式，如在走轮廓时，有轮廓的法向进、退刀，轮廓的切向进、退刀，以保证刀路轨迹的平滑；有对曲面法向的进、退刀，曲面正向与反向的进、退刀和斜向或螺旋式进、退刀等。
Cimatron软件在高速铣削中的策略针对高速铣削我们将不得不更改加工编程的策略。
这里从使用的CAM系统中提供一些技巧和寻找一些方法。
高速铣削的NC 编程者必须改变整个加工策略以生成安全的、有效和精确的刀具路径及理想的曲面精度。
因此在加工过程中认真的考虑每个加工因素是非常重要的，最好CAM系统有这样的分析功能。
由于在高速铣削中进给速度和主轴转速非常高，编程人员必须提前知道刀具怎样切除材料。
除了使用较小的步进和切深，如果可能的应尽量避免急速更改切削方向，在急速转向时要减小加工速度，不然会损坏曲面精度，甚至由于重复运动导致过切或者导致外部圆角过切。
特别在3D轮廓加工中，通常在一个操作中要求生成复杂的刀路轨迹，而不是在整个加工过程中使用平行的双向走刀、单向走刀或者是其它单一的走刀方式。
非常明智的选择是缓和的切入工件，同时要尽可能的减少切入切出工件的次数。
在两层之间的加工最好用螺旋下刀的方式，尽量不使用直接下刀。
只要有可能尽量保持切削条件的恒定性这点也是非常重要的，不同的刀具载荷能够引起刀具产生偏差，这会降低零件精度，曲面精度和刀具寿命。
这包括在一个给定的进给速度下，刀具载荷的一致性及刀具和零件保持常接触，并且当加工遇到过多的加工余量时机床会降低进给速度。
在许多情况下，高速加工对转角的前瞻性很敏感，因此在加工过程中不能突然遇到过多的加工余量，这通常由于前一把直径较大的刀具加工留下的。
这个精加工的步距用曲面的法失来计算，能够保证表面粗糙度和切削载荷的一至性。
刀具一直与工件接触并且采用顺铣的方法加工以上的加工图片由cimatron软件提供。
在刀具路径上尽可能的避免了急转。
通常，刀路越简单，加工的效果越好，因为这样可确保在整个加工过程使用最大的进给速度加工，在急转时不必要降低进给速度。
在双向加工中，连续的刀路轨迹用圆环运动连接，同样在加工矩形转角时，尽可能的减少减速和加速。
优秀的基本系统直到现在，许多NC编程者仍然把他们关注的技术和有效的加工策略留给了设备，然后生成精确的刀路轨迹。
高速铣削加工应用及技术研究摘要:高速铣削工艺采用超硬材料刀具进行高速加工，充分利用技术应用的优势。
刀具和铣削参数的选择是测试高速铣削的两个主要区域，并向有关各方提供技术参考。
关键词:高速加工;铣削高速铣削是一种重要的材料加工技术，在生产过程中，使用超硬材料加工工具能更快地切削材料，获得优质加工产品适当尺寸和形状。
高速铣削比常规铣削更准确、更高效。
切削技术在高速铣削中是一种重要的形式，通常用于加工汽车、航天等领域的零件。
此技术的应用能够有效地与复杂曲面操作一起运行。
简而言之，高速铣削是一种高质量的加工技术，需要密集的研究工作才能对技术要素形成准确的理解。
一、高速铣削加工的原理第一个提出高速铣削理论的人是德国物理学家萨洛蒙，人们把铣削速度与温度的曲线命名为“萨洛蒙曲线”。
该曲线表明铣削温度与速度呈正相关。
但是，在峰值过后，铣削速度与温度成负相关。
峰值与材料有关，而对于所有材料，峰值均是存在的，峰值所在的区域就是刀具无法承受的温度范围，经过试验验证，高速钢、硬质合金、涂层和陶瓷刀具均在这种温度下不能正确切削，当时的理论体系因技术条件差而不完善。
但是，这种想法正朝着正确的方向发展，在这个范围之外，铣削效率可以进一步提高。
理论上说，科学家们在60年代开始进行高速加工试验，试验是用加农炮将待加工零件射向刀具的。
其结果是在超过高温区后，切屑的形成和低速区完全不同，当铣削速度从低速转向高速时，切屑从皮带状变为碎屑，铣削力逐渐增大和减小，表明高速铣削加工不同于低速铣削方法。
1977年进行了第一次高速铣削，检验出高速铣削中的铣削速度比传统铣削高出2~3倍，铣削强度提高了70%。
然后启动了高速铣削的系统研究，科学界开始了为轻质合金加工材料进行高速加工的先进加工研究项目，对高速铣削技术进行相关理论研究。
该研究表明，高温区域之外的铣削强度是由于铣削速度的负面影响。
用于制造的材料的导热系数决定了刀具的寿命。
铝合金处理速度1560-4500m/min，随后，40多家企业和机械工程研究所在几所大学进行了联合研究，验证了高速铣削所需的机床、工具和控制设备，并分析了相关技术，各种常用材料验证(钢、铸铁、专用、铝、铝镁铸造、铜合金等)的加工和应用数据，在高速铣削技术中的应用及在生产环境中的应用具有明显的经济效果。
CimatronE高速铣削加工策略研究
《制造业自动化》2008版核心期刊学术论文
摘要：除了适合高速加工必备的机床（含数控系统）及刀具处，选择恰当的CAM软件、生成恰当的适合高速加工的数控加工程序是高速加工的关键。
CimatronE光滑的进退刀方式及移刀方式、良好的刀路拐角过渡功能、基于智能毛坏残留知识的进给优化处理功能、基于斜率分析的一体化加工技术、领先的微加工技术、灵活的5轴倾角策略、NURBS插补功能及待加工轨迹监控功能、较丰富的高速加工工艺优化策略及丰富的轨迹规划方法、这些决定了cimatronE优秀的高速加工工艺性能。
关键词：螺旋线加工；余摆线加工；斜率分析；微铣削；NURBS插补；残料加工
（一）引言
高速铣削加工以高效率、高精度和高表面质量为基本特征，数控高速加工是正在发展和完善的机械加工方法，它基于数控设备（数控系统）和CAD/CAM软件，而CAD/CAM软件的使用对高速加工效率及零件加工精度有很大的影响；cimatronE其基于知识的智能加工、基于智能毛坏残留知识的进给优化处理功能、一体化加工技术、微加工技术、灵活的5轴刀轴倾角控制功能，NURBS插补输出等这些决定其自动编程所产生的数控程序具有良好的高速加工
工艺性能。
使其成为业界认同的当今比较适合高速加工编程的软件之一。
（二）Cimatron E光滑的进退刀方式
高速切削加工时、刀具切入工件的方式、不仅影响加工质量、同时也直接关系到加工的安全。
刀具高速切削工件时、工件将对刀具产生一定的作用力。
此外、刀具以全切深和满进给速度切入工件将会缩短刀具的寿命。
通过较平缓的增加载荷，可以达到保护刀具的目地。
刀具切入工件时应尽量沿轮廓切向切入的方式缓缓的增加切削载荷，并保持恒定的载荷，切线式切入和螺旋式切入，以保持刀具轨迹光滑平顺，在Cimatron E系统中，有多种多样的进、退刀方式，如在走轮廓时，有轮廓的法向进、退刀，轮廓的切向进、退刀，以保证刀路轨迹的平滑；有对曲面法向的进、退刀，曲面正向与反向的进、退刀和斜向或螺旋式进、退刀等。
在实际加工中，最好采用曲面的切向进刀或螺旋式进刀。
（三）Cimatron E光滑的移刀方式
移刀方式主要是指行切中的行间移刀，环切中的环间移刀，等高加工的层间移刀等。
高速加工中，采用的切削用量都很小(侧向切削用量和深度切削用量很小)，通常加工在扫描路径之间采用简单的环型刀具路径可以适缓解拐角处进给量的变化。
但是，进给速度较高时，这种简单的环型运动仍然太突然。
在这种情况下，CimatronE在扫描路径间采用“高尔夫球棒”式移刀则更为有效。
在支持高速加工的Cimatron E 支持在加工环境中实体曲面混合造型的功能，通常导入曲面模型质量并不理想，必须在在编程操作之前进行修复。
一些小的孔或者缝隙可能导致刀路紊乱或刀路不适宜高速加工。
针对这样的问题，Cimatron E的混合建模拥有“为制造而设计”的功能用来
修复几何模型，通过各种曲面功能融合缝隙并变将曲面模型变成实体。
2．高转速高精度（微公差）小刀具加工工艺
为了获得以上要求，微铣削技术需要达到以下支持：100μm或更小的刀具、高速刀具外形比例（L/D）10或高达100，主轴转速高达150,000 r/min或更高，加工公差达0.1μm或更小，模具材料硬度到53 HRC ，微型模具铣削的精度< 5μm 曲面粗糙度<0.2μm Ra 。
3．适应微小刀具对微小型腔粗加工及精加工之丰富的轨迹策略
Cimatron E使用了实体曲面混合建模技术，其ACIS 内核技术提供了高达1nm 的内部精度，为微铣削提供了技术保障。
加工过程中通过应用高速切削（HSC）策略获得均匀一致刀路，并使用了毛坯残留知识防止断刀，以对微型型腔进行开粗。
为了降低风险防止换刀过程中产生的不连续的微型曲面，Cimatron E 提供了多种加工策略。
NC
策略中支持斜线或螺旋下刀保证刀具最大限度的光滑和连续地进入工件。
(四) Cimatron E针对产品形状及结构的复杂性在5轴加工中灵活的刀具倾角控制策略
CimatronE在5轴加工编程中强大的控制刀具倾角的功能及刀具半径补偿的能力确保了CimatronE 5轴数控加工编程性能，具体来说为了适应加工零件形状复杂性刀具倾角的控制方式如下：
1．刀轴沿曲面法向功能：利用刀具端刃加工曲面。
2．相对于切削方向倾斜
作用举例：
加工叶片时，确保刀具是使用前倾角切削，避免刀尖切削（刀尖在主轴中心，理论切削速度为零，刀尖
若在工件上移动相当于在工件上划动，加工效果不理想）。
3．根据角度倾斜：实际加工时刀轴和某一坐标轴成一定角度，可以避免刀尖加工零件上某些曲面。
4．以固定角度倾斜至轴：刀轴将以某一个坐标轴或直线通过设置的角度倾斜至面的法向。
5．绕轴倾斜：刀轴在面的法向基础上绕某一个坐标轴或者直线倾斜一定角度，前倾或者后倾
6．通过点倾斜：刀轴方向始终是从某一个点指向面上的点，点在面的上部。
应用曲例：通过足球外的一个点来控制刀轴，在足球表面挖沿曲线的曲面凹槽。
此外还有7．通过直线倾斜8．通过曲线倾斜9．从点向外倾斜10．从曲线向外倾斜11．对于叶轮切削的
倾斜共11种丰富的刀具倾斜策略。
这些灵活的倾斜策略可以让CimatronE用户根据实际的零件的特点，灵活选择倾角策略以达到理想的加
工效果。
此外CimatronE是将CAM与CAD高度紧密集成的软件，如在编程时还需做一些点、直线、曲线、曲面（用
于控制刀轴及干涉检查等等），CimatronE 5轴CAM环境中内置有CAD功能，可以帮助编程者很好的完成相关
设计工作，
不像其它软件不能把CAD功能集成在CAM环境下，在编程时显得十分麻烦，这也是CimatronE 5轴倾角策略灵
活的一个主要原因。
（五）Cimatron E适应高速加工的NURBS插补选项
1．传统的直线插补和圆弧插补缺点如下：
1）由于用直线逼近曲线本身是用直线代替曲线，逼近后的线是一阶的，导矢不连续，所以加工表面不
光滑。
2）在曲线的加工过程中，如果在直线部分不进行加减速，那么就要求在较低的速度下进行加工，这样
就不能满足高速加工的要求。
并且由于直线段的一阶不连续，在加工过程中会造成机床的冲击，不能保证加
工的质量和精度要求。
如果在曲线的加工过程中，对直线段部分的每一段直线进行加减速，会造成加工速度
的不平衡，加工的质量差，时间长。
3）大量的直线段或圆弧段将会增加加工速度的变化和曲线的加工时间，这样将会降低曲线的平均加工
速率，降低加工效率。
4）具有复杂曲面形状的零件的加工，需要存储的程序段数非常庞大，而CNC系统的内存容量相对较小，因此需要分段存储和调用，这不仅会降低系统的可靠性，也会降低加工效率。
2．为了克服上述传统插补方式之缺陷，CimatronE增加了NURBS选项
CimatronE支持的NURBS曲线（非均匀有理B样条曲线）是被STEP国际标准规定为CAD/CAM曲线曲面造型、计算机图形学等领域的标准形式，用它描述的曲线、曲面整体十分光滑（连续1阶微分，2阶微分），而且可
以将圆、椭圆、抛物线、双曲线、圆锥曲线等统一表示，另外用NURBS表示的曲线/曲面可以方便地实现曲线
/曲面的局部变更：在修改曲线（或曲面）的一部分时不会对其他部分带来影响。
用NURBS曲线表达的NC后置
程序小，产生的加工精度高、加工时间比普通插补方法的时间短，也更适合于高速铣削。
采用NURBS插补时是用一系列曲线运动而不是大量的直线运动来进行精加工，这样极大的减少了过程控制，因而加工速度进一步提高；由于每一段NURBS运动更长，机床控制器在执行程序时就能向前看得更远，
使得路径设计和进给速度设置更加智能化。
3．其次，CimatronE在计算刀位轨迹连接时具有光滑处理的策略。
相比直线插补路径NURBS插补路径速
度调整要少很多，产生更适合高速加工的NURBS曲线控制代码。
4．需注意的是不是所有的CNC机床都能接收样条信息及生成样条曲线轮廓，在只有直线插补和圆弧插补
功能的数控系统上实现自由曲线和曲面加工时，只有将自由曲线和曲面用微小的直线段或圆弧段来代替，由
此产生了上述不足。
目前一些先进的数控系统如FANUC/16i/18i/160及SIEMEN等已具备了非均匀有理样条插补功能。
结论：在高速加工日益普及的今天，各CAM系统的高速加工编程功能不断改进；本文是在运用CimatronE
大量实际生产加工的基础上归纳和总结了其相关编程功能，发现该软件相比其它CAM软件在高速加工方面有
一定的独特之处；CimatronE为适应高速加工作了较多设计并在不断改进完善，CimatronE具备为企业提升产
品加工质量及缩短产品制造周期的内在优秀功能。
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