数控加工工艺性及Cimatronit软件的工艺特点
一、 引言
数控加工是现代制造的重要组成部分，它和传统的机加工工艺有较大的区别。传统的机加工通常是加工→测量→再加工的模式，其加工工艺在某种程度上有一定的随意性，且和人员的经验有很大的关系。数控加工是通过计算机控制刀具做精确的切削加工运动，是完全建立在复杂的数值运算之上的，能实现传统的机加工无法实现的合理、完整的工艺规划。尽管如此，因为人脑并不擅长于直接进行复杂、精确的数值计算，所以，手工编程也只能完成一些简单的数控程序，对较复杂的零件加工就显得无能为力了。自从有了CAM软件之后，一切问题变得迎刃而解，CAM软件的设计师们利用数学工具和计算机图形技术，把人们常用的加工工艺融入其中，给数控加工带来了全新的制造模式，不仅解决了编程计算的难题，还担负起编制数控加工工艺的重任，逐步形成了具有数控加工和编程特点的工艺体系。
二、下刀工艺规划
下刀工艺规划是整个数控加工工艺中的重要组成部分。毛坯实体域的粗加工、零件表面精加工以及高速铣削采用不同的下刀方式对刀具寿命、工件精度至关重要。在Cimatronit软件中，表面精加工有垂直、法向、切线和反向切线下刀等多种方式，实体域加工有垂直、螺旋两种下刀方式，以及圆弧和法向两种切削进刀方式。
螺旋下刀适用于立铣刀直接在实体域中加工。垂直下刀在实体域中只适用于键槽刀，在实体域外也适用于立铣刀。
三、粗加工工艺
随着数控机床性能的提高，综合加工能力大大加强，加工工序进一步集中，人们已经不再局限于把数控机床看作专门用于作精密加工的设备，直接用棒料、方料或板料毛坯在数控机床上加工已经越来越普遍，因此，是否具有实用高效的粗加工工艺解决方案，已经成为CAM软件的重要功能指标之一。为了适应对毛坯的直接数控加工，大多数软件都有各自的粗加工工艺解决方案，粗加工的目的是去除大面积余量以及使残留的毛坯尽可能接近工件的形状。Cimatronit软件提供的等高切削加工方式具有较好的工艺性，它在做粗加工时，采取两个工艺步骤：第一步，根据最高、最低加工深度和每刀加工深度，在加工区域内，以环切或行切的方式，对所有能加工的实体域均采用等高切削，因为每个层间的层降量是相同的，所以，刀具是以最快的时间去除毛坯中的大部分余量，对于斜面留下的台阶状的余量和高度在层之间的岛屿留下的余量，将在第二步中继续加工。第二步，根据MIN 2D DIST参数，软件会自动判别上一步每层留下的余量在水平方向投影大于该参数的区域，进而单独对这些区域做进一步的细分加工，从而使残留毛坯每层留下的余量在水平方向投影都控制在MIN 2D DIST参数以内，这一过程也称为层间加工。这种粗加工的工艺策略对编程员来说是最简单的，因为他要做的就是控制加工后表面精度的数值，至于哪些层之间留下的余量需要加工完全由软件控制。同时，加工的效率也是最高的，因为，如果采用一步加工的话，要么精度达不到要求，要么加工时间太长。
四、残留区域加工工艺
加工是针对毛坯进行的。在CAM软件中，加工前都需要定义一个毛坯，用于和零件比较确定加工对象。原始毛坯比较容易确定，问题是刀具在加工之后留下的毛坯难以确定。在实际加工中，经常采用先用大刀具加工以获得较高的加工效率，后用小刀具加工以获得较高的精度的工艺方法。大刀具在刀路的拐角处，型面的交接处，曲面的凹陷处，狭窄的沟槽间等部位都会因刀具切削不到而形成残留下来的未加工区域。这些区域依靠人工交互定义非常困难，其大小形状很难精确描述，且分布凌乱。因此，对残留毛坯的自动定义，也是CAM软件重要的技术指标之一。
Cimatronit软件具有自动定义残留毛坯的能力，任何一次加工后的形状都能作为下一次加工的毛坯，并能输出形成一个毛坯文件，这个功能对几个人同时并行工作非常有用。
有了上述功能，编程员能够非常轻松地编写出高效率的对残留区域加工的程序。例如，以大小两把刀具用等高切削作粗加工，所要做的工作就是，把大刀具做好的程序，复制后进行编辑，打开使用毛坯(With Stock)选项，在Servers中更换刀具，重新执行一遍即可。这个过程无需定义任何加工区域，就能实现对未加工区域的加工，不会产生空走刀。对图9所示的零件进行粗加工后，换一把小刀具加工的情况。因为是把上次加工后留下的形状作毛坯，因此，刀具只在未加工的区域产生刀轨，其他地方就不会加工了。
Cimatronit软件除了上述基于残留毛坯概念的加工方法外，还有一种直接做清根加工的方法也很有特色，其加工的工艺策略是：用两把刀具的直径来判断出未加工区域后，进而对区域斜率进行分析，并将加工区域分为垂直区域和水平区域，对垂直区域采用螺旋式加工，对水平区域作水平环切。这种加工方法对提高零件表面光洁度，延长刀具寿命非常有利。
五、高速切削工艺
在高速切削中，由于刀具运动速度快，切削量小，行距密，刀具运动变向问题特别突出。如果刀具轨迹在高速运动中有方向突变情况产生，易引起机床急停和急启，这对机床本身精度、刀具寿命、工件精度都是极为不利的。一般软件都只考虑了在环切方式下增加圆弧过渡的方式，这是一种常用的方式。Cimatronit软件除采用这个方式外，还采用了环切方式下相邻两个轨迹间的平滑过渡，以及行切方式下的平滑过渡，这种过渡有三种方式。采用这种方式后，即使行距很小，刀具也能顺利地变向，并始终保持在相同的运动速度之下，因此特别适合精密曲面的高速加工。结合前面提到的下刀方式、等高切削粗加工，可以看出，Cimatronit软件是较为理想的高速切削加工编程软件。
六、编程模板
前面提到，传统的机加工工艺和人员的经验有很大的关系。同样，数控加工和编程人员的经验也有很大关系，功能齐全的CAM软件，并不能保证编制出合理的加工程序，因为，针对具体的零件，CAM软件不可能知道怎样加工是最合理的，CAM软件只是提供了各种各样加工工艺策略，如何来组织规划加工顺序，如何来设置大量的工艺参数、切削参数，还是要靠编程人员的干预来交互进行的。任何一个不合理的设置都会造成加工过程的不合理，而这些内容仅通过在计算机上进行切削仿真模拟是无法检查出来的。
Cimatronit软件的模板技术较好地解决了这一问题，通过定制模板可以将经过加工验证认为是正确有效的程序（包含多个工步和所有参数）存成文件以备重用，当要进行同类零件加工时，只需调用模板文件就可方便地得到正确合理的加工程序。模板的意义在于可以共享专家水平的知识和经验，关键在于挖掘企业内部的技术资源和潜力，在模板中不断注入编程员、工艺师、技术工人的知识、经验和习惯，建立起规范的数控加工工艺过程，为强化企业生产管理、为实施PDM打下良好的工艺技术基础。
七、结束语
数控加工工艺还包括加工原点的确定、工序的划分、加工路线的确定、刀具的选择与使用和切削用量的选择等具体内容，本文上面提到的几点都是基于功能齐全的CAM软件之上的数控加工工艺技术。这些技术是数控加工所独有，也是靠CAM软件才能实现的
