隨著數(shù)字化技術(shù)的快速發(fā)展和普及，數(shù)字化已經(jīng)應(yīng)用到了制造的全過程，包括數(shù)字化設(shè)計(jì)、加工、分析以及制造過程中的信息管理，即模具的CAD/CAE/CAM/DNC 技術(shù)。有實(shí)力的正在不斷提高模具的設(shè)計(jì)、制造水平，逐漸將工作重點(diǎn)轉(zhuǎn)向大型、精密、復(fù)雜及長壽命模具的開發(fā)與研制。隨著行業(yè)內(nèi)的良性競爭以及對質(zhì)量、效率要求的不斷提高，數(shù)字化技術(shù)水平也在不斷提高。快速原型設(shè)計(jì)、高速加工、鏡面加工、微銑削、標(biāo)準(zhǔn)化率和逆向工程等概念、術(shù)語在模具制造領(lǐng)域大家都已耳熟能詳，也足以說明數(shù)字化技術(shù)已被廣泛應(yīng)用。

　　從CAD/CAM 軟件應(yīng)用看，一體化的設(shè)計(jì)、制造軟件逐漸被行業(yè)認(rèn)可，比單純的設(shè)計(jì)或編程工具容易被用戶接受。所謂的一體化設(shè)計(jì)、制造，是指從模具設(shè)計(jì)、加工、電極設(shè)計(jì)和加工完全由一個(gè)軟件完成，減少了設(shè)計(jì)、編程間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和錯(cuò)誤，提高了制造效率和質(zhì)量，這也會給企業(yè)的管理帶來不少好處。以色列Cimatron 公司的CimatronE 軟件就是典型的模具一體化設(shè)計(jì)、制造軟件。

　　CimatronE 的快速分模技術(shù)一直處于行業(yè)領(lǐng)先地位。首先，基于混合造型理論，在分模過程中不必區(qū)分模型的實(shí)體、曲面屬性便可自動分模，避免了數(shù)據(jù)模型處理的繁瑣過程，同時(shí)也提高了分模的成功率和效率。其次，CimatronE 提供了專業(yè)的分模工具，可以實(shí)現(xiàn)分模線的預(yù)覽、分析以及分模面自動生成等功能。友好的用戶界面更人性化，易學(xué)易用，大大提高了分模的質(zhì)量和效率。

　　從標(biāo)準(zhǔn)化角度看，C i m a t r o n E提供了豐富的模具標(biāo)準(zhǔn)庫和標(biāo)準(zhǔn)模架。標(biāo)準(zhǔn)件和標(biāo)準(zhǔn)模架的使用有利于提高企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化程度和生產(chǎn)率。

　　軟件系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造一體化的基本手段并能支持并行工程。在確定模具的型芯、型腔的同時(shí)便可以開始模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和數(shù)控編程，不需要數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和模型的進(jìn)一步處理。CimatronE 的數(shù)控編程功能代表了當(dāng)今數(shù)控編程領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，是真正的基于毛坯殘留知識的加工，能支持高速加工、微銑削加工，具有強(qiáng)大的五軸加工和多軸機(jī)床后置處理能力以及機(jī)床仿真功能，確保了加工的高效、高質(zhì)和高安全性。

　　高速加工編程時(shí)加工方法的選擇

　　隨著高速加工中心的引進(jìn)，模具企業(yè)開始應(yīng)用高速加工解決方案來實(shí)現(xiàn)高精、高效模具的制造。采用高速銑削加工編程與數(shù)控伺服系統(tǒng)、加工材料和所用等方面有關(guān)。使用CAM 系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控編程時(shí)，除去刀具選擇、切削用量以及合適的加工參數(shù)可以根據(jù)具體情況設(shè)置外，加工方法的選擇就成為高速加工數(shù)控編程的關(guān)鍵。如何選擇合適的加工方法來較為合理、有效地進(jìn)行高速加工的數(shù)控編程，需要考慮以下幾個(gè)方面的問題：

　　(1)高速加工中心具有前視或預(yù)覽功能，在刀具需要進(jìn)行急速轉(zhuǎn)彎時(shí)加工中心會提前進(jìn)行預(yù)減速，在完成轉(zhuǎn)彎后再提高運(yùn)動速度。機(jī)床的這一功能主要是為了避免慣性沖擊過大，從而導(dǎo)致慣性過切或損壞機(jī)床主軸而設(shè)置的。有些高速加工中心盡管沒有這一功能也能較好地承受慣性沖擊，但這種情況對于機(jī)床的主軸也是不利的，會影響主軸等零件的壽命。在使用CAM 進(jìn)行數(shù)控編程時(shí)，要盡一切可能保證刀具運(yùn)動軌跡的光滑與平穩(wěn)。

　　(2)由于高速加工中刀具的運(yùn)動速度很高，而刀具通常又很小，這就要求在加工過程中保持固定的刀具載荷，避免刀具過載。因?yàn)榈毒咻d荷均勻與否會直接影響刀具的壽命，對機(jī)床主軸等也有直接影響，在刀具載荷過大的情況下還會導(dǎo)致斷刀。

　　(3)采用更加安全和有效的加工方法與迅速進(jìn)行安全檢查校驗(yàn)與分析。例如：進(jìn)行刀柄、夾頭干涉檢查, 保證刀路軌跡的安全;并設(shè)置程序代碼如下：

　　RE-EXECUTION WILL BEDUE TO PROCEDURE BEINGSUSPENDED;

　　* P R O C E D U R EE X ECUT ION S TA RT T I M E:08/10/2004.13:59:30;

　　* S e e S e t : N C S p e c i a lApprox. Faces;

　　* =================;

　　* ENTRY POINT:X=-65.30,Y= 2.20，Z=20.00;

　　* ENTRY POINT:X=-33.64，Y=56.20，Z=15.00;

　　* ENTRY POINT:X=-38.17，Y=56.20，Z=10.00;

　　* ENTRY POINT:X=-38.23，Y=56.20，Z=5.00;

　　* ENTRY POINT:X=0.00008,Y=-51.80，Z=0.00000;

　　* P ROC.O P T I M I Z AT IonSTART TIME:08/10/2004.13:59:31

　　* T H E C U R R E N T S E TOF HOLDERS GOUGE S THESTOCK;

　　* HOLDER 1 SHOULD BE RAISED TO 34.88 ABOVE THECUTTER TIP(刀柄1 應(yīng)高出刀尖34.88mm);

　　* E X I S T ING CUT T E R S SCANNOT AVOID GOUGING(當(dāng)前刀具無法避免干涉);

　　* PROC. OPTIMIZATIonEND TIME: 08/10/2004.13:59:41;

　　* PROCEDURE EXECUTIonEND TIME : 08/10/2004.13:59:41。

　　高速加工編程采用的編程策略

　　1 采用光滑的進(jìn)、退刀方式

　　在C i m a t r o n 系統(tǒng)中, 有多種多樣的進(jìn)、退刀方式，如在走輪廓時(shí)，有輪廓的法向進(jìn)、退刀，輪廓的切向進(jìn)、退刀和相鄰輪廓的角分線進(jìn)、退刀等。在進(jìn)行高速加工時(shí)應(yīng)盡量采用輪廓的切向進(jìn)、退刀方式以保證刀路軌跡的平滑。加工曲面時(shí)刀具可以實(shí)現(xiàn)Z 向垂直進(jìn)、退刀，曲面法向的進(jìn)、退刀，曲面正向與反向的進(jìn)、退刀和斜向或螺旋式進(jìn)、退刀等。在實(shí)際加工中，用戶可以采用曲面的切向進(jìn)刀或更好的螺旋式進(jìn)刀，而且螺旋式進(jìn)刀切入材料時(shí)，如果加工區(qū)域是上大下小的，螺旋半徑會隨之減小以進(jìn)刀到指定深度，有些CAM 系統(tǒng)具有基于知識的加工功能，在檢查刀具信息后發(fā)現(xiàn)刀具存在盲區(qū)時(shí)，螺旋加工半徑不會無限制減小，以避免撞刀。這些都為程序的安全性提供了周全的保障。

　　2 采用光滑的移刀方式

　　這里所說的移刀方式指的是行切中的行間移刀、環(huán)切中的環(huán)間移刀以及高加工的層間移刀等。普通C A M 軟件中的移刀大多不適合高速加工的要求，如在行切移刀時(shí)，刀具多是直接垂直于原來行切方向的法向移刀，致使刀具路徑中存在尖角;在環(huán)切的情況下，環(huán)間移刀也是按原來軌跡的法向直接移刀，也致使刀路軌跡存在不平滑情況;在等高線加工中的層間移刀時(shí)，也存在移刀尖角。這些會導(dǎo)致加工中心頻繁的預(yù)覽減速影響了加工的效率甚至使高速加工不成為高速加工。

　　高速加工中采用的切削用量都很小(側(cè)向切削用量和深度切削用量很小)，移刀運(yùn)動量也會急劇增加，因此必須要求C A M 產(chǎn)生的刀路軌跡中的移刀平滑。在支持高速加工的Cima t r o n 系統(tǒng)軟件中，則提供了非常豐富的移刀策略，包括：

　　(1)行切光滑移刀。

　　· 行切的移刀直接采用切圓弧連接。這種方法在行切切削用量(行間距)較大的情況下處理得很好，在行切切削用量(行間距)較小的情況下會由于圓弧半徑過小而導(dǎo)致圓弧接近一點(diǎn)，即近似為行間的直接直線移刀，從而也導(dǎo)致機(jī)床預(yù)覽減速，影響加工的效率，對加工中心也不利。

　　· 行切的移刀采用內(nèi)側(cè)或外側(cè)圓弧過渡移刀。這種方法在一定程度上會解決在前面采用切圓弧移刀的不足。但是在使用非常小的刀子(Φ 0.6mm 的球頭刀)進(jìn)行精加工時(shí)，由于刀路軌跡間距非常小(側(cè)向切削用量為0.2mm)，使得這種方法也不夠理想。這時(shí)用戶可以考慮采用下述的更為高級的移刀方式。

　　· 切向的移刀采用高爾夫球竿頭式移刀方式。

　　(2)環(huán)切的光滑移刀。

　　· 環(huán)切的移刀采用環(huán)間的圓弧切出與切入連接。這種方法的弊端是在加工3D 復(fù)雜零件時(shí)，由于移刀軌跡直接在2 個(gè)刀路軌跡之間生成圓弧，在間距較大的情況下會產(chǎn)生過切。因此這種方法一般多用于2.5軸的加工，在加工中所有的加工都在一個(gè)平面內(nèi)。

　　· 環(huán)切的移刀采用空間螺旋式移刀。該種移刀方法由于移刀在空間完成，避免了上述方法的弊端。

　　(3)層間的空間螺旋移刀。在進(jìn)行等高加工時(shí)，用戶要采用螺旋式等高線間的移刀，確保切削載荷的平穩(wěn)性、均衡性。

　　3 采用光滑的轉(zhuǎn)彎走刀

　　采用光滑的轉(zhuǎn)彎走刀與進(jìn)行光滑的移刀一樣，對保證高速加工的平穩(wěn)與效率同樣重要。

　　(1)圓角走刀。這種走刀方式并不是什么新的走拐角方式，一般C A M 系統(tǒng)都有提供。該方式較適合高速加工，用戶可予以采用。

　　(2)圓環(huán)走刀。這種方法是較為高級的走拐角方式，就像駕駛高速行駛車在高速公路上跑時(shí)，要想在不損失速率的情況下轉(zhuǎn)彎和保證轉(zhuǎn)彎更平穩(wěn)以及沿著立交環(huán)島來轉(zhuǎn)彎一樣。這種方法在走銳角彎路時(shí)效果特別明顯。

　　4 采用更適合高速加工的加工方法

　　Cimatron 先進(jìn)的CAM 系統(tǒng)提供了許多更適合高速加工的加工方法。使用這種方法進(jìn)行輪廓加工時(shí)，刀具一邊沿輪廓切削，一邊在縱向進(jìn)刀，這保證了刀具載荷的穩(wěn)定，刀路軌跡也自然平滑。采用擺線式加工是利用刀具沿一滾動圓的運(yùn)動來逐次對零件表面進(jìn)行高速與小切量的切削。采用這種方法可以有效地進(jìn)行零件上窄槽和輪廓的高速小切量切削，對刀具具有很好的保護(hù)作用。進(jìn)行零件的精加工時(shí)，在加工中心支持N u r b s 代碼的情況下，應(yīng)采用N u r b s 編程。這樣產(chǎn)生的刀路軌跡的數(shù)據(jù)量不僅少，而且刀具運(yùn)動也更光滑、平穩(wěn)、高效。

　　5 利用CAM 內(nèi)在的優(yōu)良功能

　　許多C A M 系統(tǒng)都有很多高級的加工能力，充分利用和挖掘這些能力將極大地改善加工的效果。

　　粗切時(shí)使用具有層間二次粗加工優(yōu)化的功能。在等高線粗切中，由于零件上存在斜面，在斜面上會留有臺階，導(dǎo)致殘留余量不盡均勻。這會對后續(xù)的加工帶來不利影響，如刀具載荷不均勻。盡管系統(tǒng)具有載荷的分析與優(yōu)化功能，但畢竟將影響加工的效率和質(zhì)量，因此，在進(jìn)行粗切時(shí)，用戶應(yīng)選擇具有優(yōu)良的層間二次粗加工功能，在粗切時(shí)就得到了余量均勻的結(jié)果，為后續(xù)加工提供了更有利的條件，也提高了加工的效率。

　　在最后階段對零件進(jìn)行清根時(shí)，利用具有斜率分析的清根算法，對陡峭拐角和平坦拐角區(qū)別對待，即對陡峭拐角的清根使用等高線一層一層清根，對平坦區(qū)域采用沿輪廓清根，這樣可以更好地保護(hù)刀具，獲得更好的表面質(zhì)量。

　　在等高線精加工時(shí)，應(yīng)使用螺旋式改變進(jìn)刀位置的方式，以避免在固定位置留有進(jìn)刀痕跡，保證加工結(jié)果的整體優(yōu)良。

　　在編程過程中，應(yīng)利用有效的刀柄干涉檢查功能，確保刀具的安全性。要選擇具有毛坯殘留知識加工的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的干涉檢查更為合理，因?yàn)橄到y(tǒng)能將刀具信息與上次加工的殘留毛坯進(jìn)行校驗(yàn)。

　　用戶可以利用Cimatron 系統(tǒng)提供的結(jié)果校驗(yàn)工具進(jìn)行余量可視化分析，加快作出進(jìn)一步調(diào)整加工策略和進(jìn)行補(bǔ)充加工的決定。

　　我們可以利用C i m a t r o n 系統(tǒng)具有的自動化編程機(jī)制，制定結(jié)合工廠實(shí)際的加工模板，提升加工的效率與可靠性。同時(shí)可以針對高速機(jī)床的控制系統(tǒng)編制適合高速加工的后置處理，指導(dǎo)NC 程序生成正確加工代碼。

　　微銑削是加工微小零件和高精密零件的一種全新的加工技術(shù)，可獲得高精度的加工結(jié)果，有效公差可達(dá)0.0001m m，最小刀具直徑可達(dá)0.1m m。微銑削除了面向微細(xì)零件外，還能夠?qū)ΤＲ?guī)或者大型模具的細(xì)小幾何特征進(jìn)行高精密加工，得到鏡面效果的超高精度的表面質(zhì)量。微銑削加工可以替代電火花加工，提高效率。

　　五軸加工除應(yīng)用于復(fù)雜的零件加工外，也逐漸應(yīng)用于復(fù)雜模具、大型模具、深腔模具加工，部分取代了電火花加工。應(yīng)用策略為定位加工開粗，聯(lián)動精加工。通過五軸加工工藝的應(yīng)用，提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短交付周期，大大提高了企業(yè)的行業(yè)競爭力。

　　五軸加工與普通的三軸加工相比有本質(zhì)區(qū)別，安全性對五軸加工極為重要，編程階段就必須考慮加工機(jī)床的運(yùn)動情況、行程(直線、角度等)、運(yùn)動方向(直線運(yùn)動、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動等)。由于用于五軸加工的模具大多具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料價(jià)格較高、工期長以及機(jī)床價(jià)格昂貴的特點(diǎn)，一旦出現(xiàn)事故會大大提高制造成本，給企業(yè)帶來巨大損失，所以對于大型模具加工的安全要求非常高。CAM 軟件發(fā)展到今天，在安全性上采用了多方面措施：編程階段有干涉過切檢查、刀長計(jì)算、線框刀路模擬、實(shí)體刀路模擬以及機(jī)床仿真等手段。以上所有策略都僅限于編程階段的理論檢查，最為重要的是機(jī)床后置處理階段的工作是否做得完善、準(zhǔn)確無誤，如果后置處理出現(xiàn)問題，那么前面的編程無論多么完善，都會在實(shí)際加工中出現(xiàn)問題，所以后置處理在整個(gè)軟件服務(wù)階段占據(jù)非常重要的位置。有時(shí)軟件功能很強(qiáng)，但技術(shù)支持能力不夠，也會給用戶帶來效率或直接的經(jīng)濟(jì)損失。所以企業(yè)在選擇軟件解決方案時(shí)，既要考查軟件的功能，又要關(guān)注軟件企業(yè)的售后服務(wù)能力。

　　近10 年來，我國工業(yè)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，這要?dú)w功于國家對模具工業(yè)發(fā)展的高度重視以及模具工業(yè)人才、軟硬件工具的飛速發(fā)展。無論是現(xiàn)在的生產(chǎn)實(shí)踐還是未來發(fā)展趨勢，數(shù)字化都是模具工業(yè)發(fā)展的必由之路，在這方面，以高精尖的航空航天領(lǐng)域的模具技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r最具代表性。

　　我國的模具企業(yè)已經(jīng)開始將先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于模具制造，包括民用、航空航天等領(lǐng)域。而且近幾年發(fā)展迅速，部分企業(yè)已經(jīng)有了較好的業(yè)績，甚至開始走出去到歐美市場承接訂單。但是數(shù)字化技術(shù)的普及還有待深入、提高，我們的模具行業(yè)發(fā)展水平尤其是復(fù)雜、大型的高精尖模具與歐美一些國家、日本相比還有很大差距。應(yīng)當(dāng)大力開展模具數(shù)字化制造技術(shù)的研究開發(fā)，使數(shù)字化制造技術(shù)普遍應(yīng)用于模具工業(yè)，用來改造傳統(tǒng)的模具工業(yè)，這是我國模具工業(yè)發(fā)展的大勢所趨，國家、企業(yè)和從業(yè)于模具行業(yè)的各類人員都應(yīng)給予高度重視。