基于Cimatron的双轮机头前盖模具设计与数控加工编程

    随着塑料工业的不断发展，塑料产品在工业及生活用品中所占的比例越来越大11I，塑料模具的设计与制造过程，已成为模具设计人员关注的热点。先进的模具设计与制造技术，决定了塑料产品的品质，是现代模具企业生存的关键因素之一。对于形状较为复杂的塑料零件，其模具设计与数控加工过程，有着紧密的联系，因此，实现其设计与制造的一体化，显得尤为重要。CAD/CAM软件经过40多年的发展，有了许多较为成熟的产品，包括美国的Pro/Engneer、德国的Unigraphics NX以及以色列的Cimatron等。

　　通过对福建省福安市周边企业进行调研发现，Cimatron E已成为该地区使用最广泛的模具三维CAD/CAM一体化软件之一。Cimatron E集零件设计、模具设计和NC加工于一体，为模具制造业提供了全面的解决方案，是当今模具设计与制造业公认的首选产品。本文将以Cimauon E软件为平台，介绍双轮机头前盖的设计与制造过程。

1 双轮机头前盖三维造型

　　双轮机头前盖的材料为聚甲醛(POM)，是一种高结晶热塑性聚合物，具有表面光滑、吸水率小、尺寸稳定、耐磨、强度高、抗拉、抗压、自润滑性能好等优点，广泛用于制造耐磨传动件、汽车仪表板、各种仪器外壳、盖罩、箱体等。根据生产企业要求，该零件需进行大批量生产，精度等级为IT16级，表面粗糙度R_ａ=3.2 um。由于该零件形状结构较为复杂(见图1)，因此采用注射成型。

　　Cimatron E提供了多种灵活的零件三维建模方式，可经由IGES、VDA、STL、STEP等多种数据接口，导人由其他三维CAD软件建立的零件模型；也可直接采用Cimatron E提供的三维造型模块进行建模。图1为根据企业提供的工程图，直接利用Cimatmn E的三维造型模块进行建模的双轮机头前盖三维模型。

2 双轮机头前盖模具设计

　　本零件所用材料为POM。平均厚度2mm，根据有关资料，设置零件的收缩率为1.25％％利用CimatronE的模具设计模块MoldSetupWizard，可以方便地完成双轮机头前盖的模具设计，其基本步骤为：

　　(1)布局零件，确定塑料模具的型腔数目。塑料模具可以是一模一腔，也可以是一模多腔，在确定型腔数目时，主要考虑：塑件的尺寸精度、模具制造成本、塑件成型的生产效益和模具制造难度等。因此，根据该零件的生成规模、制造精度等级、表面粗糙度等级以及生产企业的要求，确定采用一模两腔；

　　(2)创建分型面。分型面是决定模具结构形式的重要因素，其与模具的整体机构、浇注系统设计、塑件的脱模与模具的制造工艺等有关，不仅关系到塑件的正常成型和脱模，而且还涉及模具结构和制造成本。分型面的总体选择原则是：保证塑件品质、便于制品脱模和简化模具结构。因此，本零件的分型面选择在最大截面处，并使其型腔完全置于定模一侧；

　　(3)创建零件毛坯。确定分型面后，即可在cim_atron中进行分模设计并创建零件毛坯；

　　(4)调人模架。本零件使用450×450的模架，分别将型芯(图2)、型腔(图3)附加到动、定模板，型芯和型腔材料都为40Ct。由于零件为机头前盖，外表面品质要求较高，因此采用点浇口成型制品；

3 双轮机头前盖数控加工编程

　　CimatronE拥有一套数字化编程系统。首先，可在Cimatron E的CAD环境中完成待加工零件的三维模型，提供加工零件的表面几何信息；然后经由软件的CAM编程环境。进行加工参数设置；最后由软件自动进行刀位计算和后处理。生成所需的数控代码。Cimantron E NC模块所生成的刀路轨迹，具有人性化、时间短、提刀少、效率高等特点，因此目前在模具加工行业应用极其广泛目。本节主要介绍双轮机头前盖型芯的数控加工编程过程。

　　双轮机头前盖型芯如图3所示，该零件毛坯尺寸为320mm×200tmm×83mm，主要由曲面、斜面、槽、孔等组成，形状结构较为复杂，并且不能使用较

　　大直径的刀具。编程时．首先将加工原点设定在分模面中心距零件底部30mm处，其具体的数控编程工艺分析与规划如下：

　　(1)粗铣型芯曲面。选择【体积铣】的【粗加工环形铣】加工程序，使用直径DIOR4环刀．留加工余量1mm，其刀路轨迹为图5(B)所示。

　　(2)二次开粗。选择【体积铣】的1_-次开粗】加工程序，使用直径IMRl环刀，对上工步留下较多毛坯余量进行加工，并留加工余量0．4 ram，其刀路轨迹为图5(b)所示。

　　(3)精铣型芯曲面。选择【曲面铣】的【根据角度精铣】加工程序，使用直径D2R0.5环刀，对零件进行精铣，加工余量为零，其刀路轨迹为图５(c)所示。

　　(4)精铣水平区域。选择【曲面铣】的【精铣水平区域】加工程序，使用直径DIR0.25环刀，对零件平面进行精铣，其刀路轨迹为图5(d)所示。

　　通过对上述刀路轨迹进行仿真加工，可获得轮机头前盖的仿真结果，如图6所示。

　　获得满意的仿真结果后，即可生成NC代码。实际加工时，应根据特定的机床系统，对代码进行适当地修改。

4 结束语

　　本文介绍了以Cimatron E软件为平台，对结构复杂的双轮机头前盖进行三维造型设计、模具设计和数控加工编程的过程，实现了模具的CAD/CAM一体化。应用CAD/CAM一体化技术，改变了传统模具设计与制造的手段，将使模具设计与加工工作越来越方便、快捷，有效地缩短了模具制造周期，降低成本。提高产品品质，对企业快速响应客户需求，提高市场竞争力．有着非常重要的意义。