一、前言

　　C i m a t r o n 軟件是以色列Cimatron公司的CAD/CAM/PDM產品，是較早在微機平臺上實現三維CAD/CAM全功能的系統。該系統提供了比較靈活的用戶界面，有優良的三維造型、工程繪圖和全面的數控加工功能，有各種通用、專用數據接口以及集成化的產品數據管理功能。Cimatron從20世紀80年代進入市場以來，在國際模具制造業備受歡迎，用戶覆蓋機械、鐵路、科研、教育等領域。

　　Cimatron E是其較新的一個版本，提供了從產品設計、模具設計到工裝工具制造的解決方案，使制造循環流程化。其豐富的數據交換接口，可直接對UG/Parasolid、Pro/ENGINEER、CATIA進行數據導入導出，同時可以IGES、Step、STL、DXF、DWG、SAT等數據格式進行交換。系統提供參數化混合數字建模二維圖形輸出、零件裝配、標準模架等功能模塊，同時可針對曲面分模，無需實體轉換。其強大的曲面功能，可方便各種模具的設計，尤其是注塑模設計。系統提供的快速電極設計和Mould Design注塑模具設計，能自動完成產品的加載裝配、分模和標準模架的選用裝配。

　　Cimatron E提供智能化2~5軸數控加工編程，支持高速的NURBS程序輸出功能。Cimatron E支持數控銑削、車削、線切割加工編程。五軸數控銑削加工包括五軸底刃、側刃、五軸曲線和鉆孔等加工編程，基于殘留毛坯的加工和數控編程模板的切削加工編程，基于變速和高速切削加工功能。Cimatron E SDK提供了基于VisualC++和VisualBasic二次開發語言的豐富函數庫。在Microsoft VisualStudio集成開發環境下，利用這些函數庫可以很方便地開發出自己專用的應用程序，為系統功能模塊的擴充提供了較好的平臺。

　　二、產品模具分模設計

　　注塑、鍛壓、鑄造等產品塑性成形過程中的分模設計是模具設計中最為關鍵的一環，借助于Cimatron E系統提供的分模設計功能模塊(Parting Application)，用戶可以快速地完成分模線、分模面的縫補、分模模擬等功能。良好的分模設計直接影響著后續產品的模架及模具的數控加工、注塑模擬以及產品的最終成形。Cimatron E系統的分模設計具備拔模分析、收縮率設計、分模線設計、分模面設計、分模面縫補、凸凹模毛坯加載、模具坐標系統定義、模具分模與模擬、凸凹模輸出等設計功能。圖1是利用Cimatron E完成的某產品及模具分模面。

　　三、注塑模具設計向導

　　借助Cimatron E系統提供的注塑模具設計專家系統Mold Design，用戶可以完成完整的模具設計，包括分模設計、標準模架、標準件和非標件的設計裝配、電極設計等功能，并以三維或二維工程圖數據輸出。模具設計向導主要包括以下主要內容：加載凸凹模、冷卻、注射、頂出機構、定位設計、標準模架和標準件調用、非標準件設計與子裝配體設計、工程圖及BOM表輸出、NC數控加工代碼設計等。MoldDesign是基于三維參數化實體造型的解決方案，它實現了模具三維設計的自動化，可完成所有單個零件、部件組件及標準件的設計和加載裝配，可以方便地將對模型分成形芯、型腔、滑塊和鑲件。

　　[pagecute] Cimatron E的注塑模具設計Mold Design模塊，可使用戶進行如下功能設計：

　　(1)加載凸凹模工作部件于動定模架上;

　　(2)定位凸凹模工作部件;

　　(3)標準模架調用;

　　(4)加載替換模具工作組件，如螺釘、注射頂出機構單元、滑動單元等;

　　(5)冷卻及注射流道設計;

　　(6)BOM表輸出;

　　(7)模具設計規則及配置存儲;

　　(8)一模多腔設計。

　　Mold Design模具設計模塊中標準模架調用、BOM表輸出與模具設計標準模板配置調用等功能，使用戶針對企業自身的資源合理配置，同時可以提高模具設計的效率和質量。如圖2所示的是系統提供的標準模架及標準件調用產品界面;圖3、圖4、圖5分別為某產品凸凹模設計實例、模具設計裝配樹及模具設計完成后的零部組件BOM表。

　　四、電極設計

　　在模具型腔制造過程中，金屬切削加工無法完成的狹縫、尖角或清根部位可采用電火花加工，因此必須進行電極設計。作為電火花加工的關鍵部分，電極設計的合理性影響著狹縫、尖角或清根部位、型面等特征的成形以及影響加工效率的電參數的選用。使用CimatronE提供的電極設計模塊用戶可以完成完整的電極設計和電極工程圖輸出，實現電極設計、制造、工藝圖檔信息管理的自動化，加速電極的分析、提取、生成和文檔的建立。

　　電極設計流程依次為定義火花加工面、根據加工面抽取電極三維信息、電極毛坯設置(毛坯一般提供圓形和方形)、電極坐標系設定、電極刀柄設計、電極外圍輪廓的創建、搭接延伸面設計等。系統提供了火花面和電極本體放電間隙設置、新電極設計與工程圖輸出等功能，在已成形電極的基礎上，標準電極可以模板形式存儲，用戶可以完成多型腔或相似特征的電極設計。此外，系統還可以進行電極模擬加工等生動的可視化模擬，圖6所示的是產品型腔中的矩形狹縫而設計的專用電極。

　　五、Cimatron E模具數控銑削加工編程

　　Cimatron E數控編程由三維建模、刀具軌跡設計、刀具軌跡編輯修改、加工仿真、后置處理、數控編程模板、二次開發功能接口、數據文件交換等幾個重要組成部分。系統提供了鉆孔、攻螺紋和鏜孔循環等點位加工編程功能，具有多種輪廓加工、等高環切行切以及島嶼加工平面銑削編程功能。其提供的3~5坐標復雜曲面多軸聯動加工編程功能，具有基于殘留毛坯、曲面輪廓、等高分層、環繞等距、曲面流線、角落清根、曲線五軸等多種刀具軌跡控制方式。刀具軌跡的主要加工策略包括平行銑削、環繞、等高、深孔鉆削、基于毛坯等多種形式的粗精加工。

　　Cimatron E提供的模具數控銑削加工編程方便簡潔，吸收了其他CAD/CAM系統的數控編程功能的優點。使用系統豐富的三軸粗精加工配合基于殘留毛坯的智能切削、高速切削軌跡的控制、定位5軸控制刀具軸矢量的前傾角和側傾角的粗精加工、快速鉆孔、插削粗精加工等編程功能，可以快速高效地完成產品的數控加工程序的編制。針對每一種加工策略，其刀具軌跡生成控制方式有多種，對于大余量的型腔和空間曲面的加工，其刀具軌跡的控制方式有：基于殘留毛坯的螺旋循環加工(Stock Spiral);空間曲面平行等距銑削(Parallel Cut)，其軌跡平行于XY平面上某直線;以平面上的某點為圓心，軌跡沿徑向以放射狀加工(Radial);等高分層銑削加工(By Layer);曲面輪廓三維環繞等距(3D Step);軌跡沿曲面的外形按環繞輪廓的形式進行固定Z軸的XY平面內的等距加工(Profile);深孔鉆削粗加工排量(Plunge Mill);空間曲線三軸或五軸加工(Curve 3x& Curve 5x)等。典型刀具軌跡控制策略如圖7所示。

　　1. Cimatron E數控編程基本流程

　　由于系統界面嚴格遵循實際產品的數控加工流程來設計，因此其操作簡單，在整個刀具軌跡設計規劃過程中，可任意修改加工對象、切削參數等內容，值得注意的是，由于其相關性，在進行刀具軌跡流程設計時，對于加工對象的定義，最好有一個總體的規劃。可對刀具軌跡和加工程序進行拷貝、粘貼、刪除和隱藏等操作，同時可以對具體的刀具軌跡方案進行編輯修改，如下刀、轉角速度的調整等。系統數控加工編程模塊提供如下功能：在圖形方式下觀測刀具沿軌跡運動的情況、進行圖形化修改;具有刀位文件復制、編輯、修改、刀具定義、機床和切削參數數據庫等功能，如可對刀具軌跡進行延伸、縮短、剪裁等編輯修改等。

　　Cimatron E用于產品零件的數控加工，其流程如圖8所示。首先是調用產品零件加載毛坯，調用系統的模板或用戶自定義的模板、設計刀具。然后分別創建加工的程序、定義工序、加工的對象、定義加工的方式生成該相應的加工程序。用戶依據加工程序的內容來確立刀具軌跡的生成方式，如根據加工對象的具體內容，刀具的導動方式、切削步距、主軸轉速、進給量、切削角度、進退刀點、干涉面及安全平面等詳細內容生成刀具軌跡。對刀具軌跡進行仿真加工后再進行相應的編輯修改、拷貝等操作提高編程的效率。待所有的刀具軌跡設計合格后，進行后處理生成相應數控系統的加工代碼進行DNC傳輸與數控加工。

　　2. 模具數控編程模板

　　使用數控編程模板有利于利用已有的經驗和專家知識，達到企業內部資源共享的目的。系統提供了加工程序模板、刀具模板、加工對象模板、刀具軌跡模板等。在模板中不斷注入數控編程員、加工工藝師、技術工人的知識、經驗和習慣，建立起規范的數控加工工藝過程，為強化企業生產管理提高產品的加工效率和質量打下良好的工藝技術基礎。

　　Cimatron E系統創建用戶自己的模板可以將預先的加工順序、工藝參數、切削參數設置好，針對相似的零件加工對象，應用模板可以大幅度提高數控編程的效率和質量，尤其是在模具行業。用戶通過加工向導非常容易地從模板中獲得專家級的制造過程指導，全部內容可非常簡單而有效地提供給缺乏經驗的用戶，有利于吸收別人的經驗。通過向導，預先定義的模板可以被激活，并通過簡單的交互快速生成數控加工刀具軌跡。加工程序模板與刀具軌跡模板分別以*.pct、*.tpt和*.mtt的文件格式保存。

　　3. 變速切削及基于殘留毛坯切削

　　Cimatron E系統提供的等體積恒功率變速切削功能，尤其適合在普通數控機床上對加工余量比較大的難加工材料產品的切削，以充分發揮刀具和機床的性能。由于普通數控機床在現有企業所占的比重仍然較大，因此采用變速切削的刀具軌跡策略可以很好地降低制造成本，提高加工的效率。如圖9所示為系統提供的變速切削功能設置。CimatronE的高速銑削加工功能同時支持等高分層的粗加工和曲面的精加工，通過在轉角處以圓角的形式過渡，避免90。急轉(高速場合對導軌和電機容易損壞)，同時采用螺旋進退刀配合進給速度的自動調節功能，非常適合于高速切削加工，系統還提供環繞等距等多種方式支持高速加工刀具軌跡的生成策略。借助基于殘留毛坯切削的編程功能，軟件自動排除空的刀具軌跡，減少了用戶的工作量，也提高了編程的效率。

　　如圖10所示的是在CimatronE平臺上，充分利用系統數控編程模板、等體積變速切削等功能完成的某復合材料產品熱壓模凸凹模型腔和型芯的數控銑削加工程序的刀具軌跡示意圖。

　　六、結束語

　　Cimatron E是一款功能非常豐富的CAD/CAM一體化軟件，非常適合于各種模具的開發和加工。本文所介紹的只是其最基本的一些應用，相信，隨著大家對Cimatron E的熟悉和應用，一定會發現其更多各種各樣的強大功能，希望本文能起到拋磚引玉的作用。

　　此外，將并行工程技術引入P r o /ENGINEER的模具設計中，可以由傳統的模具設計與制造工藝路線(即模具結構設計→模具型腔、型芯二維設計→工藝準備→模具型腔、型芯三維造型→數控加工指令編程→數控加工)，改變為由不同的工程師同時進行設計、工藝準備的并行路線，不但提高了模具的制造精度，而且能縮短設計、數控編程時間達40%以上。設計工程師在進行產品三維零件設計時就考慮模具的成型工藝和影響模具壽命的因素，并進行校對、檢查，預先發現設計過程的錯誤。在初步確立產品的三維模型后，設計、制造及輔助分析部門的多位工程師可同時進行模具結構設計、工程圖設計、模具性能輔助分析及數控機床加工指令的編程等工作，而且每一個工程師對產品所做的修改可自動反映到其他工程師那里，大大縮短了設計、數控編程的時間。另外，Pro/ENGINEER軟件具有的單一數據庫、參數化實體特征造型技術為實現并行工程提供了可靠的技術保證。