一、刀具的产品设计在产品建模阶段，技术人员需要根据客户的产品图纸或读取客户提供的产品数据文件，在CAD/CAM系统中得到所需的产品三维模型。这就要求采用的CAD/CAM系统不仅要有很强的建模能力，尤其是雕塑曲面的建模能力(因为很多工具产品非常复杂)，还要有丰富可靠的数据转换接口，能够支持用户从客户那里读取各种数据文件。在产品建立方面，Cimatronit支持混合建模。混合建模将线框建模、曲面建模和实体建模结合起来，使设计人员能够充分利用各种建模的特点，生成可直接用于NC环境下NC编程的产品模型。Cimatronit因其领先的线框建模和曲面建模功能而享有盛誉。其功能紧凑、灵活、方便、高效、完备，尤其是其曲面编辑功能(如切割、修复、光顺)和曲面倒角功能广为人知。Cimatronit的曲面造型使用户能够不受限制地快速设计任何复杂的数控刀具产品模型。1.根据图纸要求建立刀具的实体模型。图1: Cimatron的设计工具界面。Cimatron的设计工具可以建立任何形状模型。使用一致的操作逻辑、简洁直观的图形界面和公共数据库来准备用于快速制造的产品模型。图2 Cimatron基于参数化、变量化、特征化实体造型的曲面设计，是指自由、直观的设计，可以灵活定义和修改参数和约束，不受模型生成顺序的限制。草图工具使用智能引导技术控制约束，简单的交互意味着高效的设计和优化。Cimatron solid design为零件设计和装配提供了一套完整的工具。该系统引导用户交互地或自动地启动草图工具，该工具适当地显示动态结构并引导用户捕捉空间中的特征。捕捉或约束特征时，系统会提示用户。用户可以完全控制参数关系和尺寸，并且能够修改和重新排列它们。约束可以在草图设计期间定义，也可以在以后需要时添加。由于Cimatron采用了混合建模的核心体系，为大型复杂产品的设计提供了前所未有的强大功能，如支持实体设计和对开放实体模型的布尔运算，为用户提供了极大的灵活性。2.建立标准件库(1)根据实际刀体和刀片尺寸建立标准件库，满足生产需要；(2)标准件(刀具的刀片和实体件)的建立可以极大地满足我们设计加工的需要，对数控刀具的设计者和使用者都有重要意义；图3 Cimatron的标准件库模块，即使没有成千上万的尺寸和标注，标准库的建立也一直是一项耗费人力的工作。Cimatron的标准件库模块使用直观，可以在屏幕上轻松定义尺寸系数。具有尺寸拖动功能，高效实用，大大减少了工作量，加快了标准件的建立进程。所有二维数据都存储在Cimatron数据库中，简单易用，使用灵活。所有尺寸和几何形状的变化都是相关的。如果修改了相关信息，其他人会自动修改信息。2.数控加工随着数控机床行业的发展，对其加工精度和质量提出了严格的要求，这就要求我们改进现有的加工方法。以旋转刀具为例，说明Cimatron在机械加工中的应用。旋转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，一般为两轴旋转角平面，对尺寸精度和表面粗糙度要求较高。模具行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。选择一个数控编程软件来完成数控刀具的制造，对数控刀具的质量和周期起着重要的作用。
图4这种在旋转刀具上的加工一般有以下几点：第一，数控刀具的加工只需要一台五轴五联动机床就可以实现；其次，考虑零件的实际尺寸，要求机床有足够的行程；第三，在加工和编程时需要一定的灵活性，也就是对软件灵活性的要求；第四，根据该产品的特殊性，必须有一套完整的加工工艺。步骤1:使用4轴直纹面加工策略，加工具有粗开口的切屑槽。首先，选择加工表面的顶部轮廓和底部轮廓，以确定加工范围。约束条件可以根据实际情况确定。在cimatron中，提供顶部轮廓、平面和Z层来限制顶部轮廓，而底部轮廓提供底部轮廓、曲面和平面来限制它。根据工具的特殊性，我们选择了顶部轮廓和底部轮廓。图5芯片槽的加工在Cimatron编程中，很多参数是相互关联的，也就是说，当一个或几个参数确定后，与之相关的其他参数也随之确定。为了减少手动设置参数的数量，系统中使用数学关系来描述这种关系。但是，在选择之前，应延伸加工表面，延伸长度应至少大于所用刀具的半径。切割深度由步进模式的选择控制。这里值得注意的是，不同的刀具直径在加工深度的选择上有一定的差异。第二步：加工叶片槽
align=center>图 6 刀片槽的加工
为了让粗加工时能尽可能地多洗削，应该使刀具轨迹更贴近加工表面，为下次的小刀具加工留下更小的残余量，为此， Cimatron 提出了如下刀路轨迹优化方案。 如图所示，蓝色线条为手工绘制刀具轨迹，黑色线条则为产生的加工轨迹。 定义切削加工平面以控制切削加工方向。 根据被加工表面的形状和尺寸，以及数控编程时所采用刀具的类型和尺寸，确定加工范围。 通过手工绘制刀路轨迹来控制被加工区域以及所产生刀轨的具体形状，这样不仅获得了可控的表面加工纹理而且对于不规则区域的洗削实现了它的可控性。 使用 2.5 轴 ――> 开放轮廓，定义层切高度的方法来计算切削问题。
图 7 刀路轨迹优化方案
在使用该策略加工刀片槽时，应注意进刀延伸和退刀延伸，从安全性上考虑，延伸量至少应大于刀具半径，这样就可以避免和刀具发生干涉碰撞现象。
图 8 加工延伸量设定
通过轮廓偏移的设定来实现侧壁加工余量，通过这种方法可简单快捷地实现余量控制。 第三步：精加工 Cimatron 的精加工功能具有独到的地方，既有通常的沿表面光刀的加工方法，还有先进的区域识别能力，即对零件的形状可以进行有效的斜率分析，在一个加工过程内部可以实现对垂直区域的等高线加工，对平坦区域实现沿表面光刀的加工。这些提高了加工的效率和加工的质量。 针对现有零件特定表面的单独加工，使得编程人员对特定区域的编程非常灵活，选择要加工的曲面即可以得到所需要的加工轨迹，避免了象其它系统那样的呆板和烦琐性。 加工方法的灵活性还体现在工艺参数的设定上。在 Cimatron 中工艺参数的设定可以采用参数化的方法完成，如在设定加工高度和加工的最深位置时，这些和零件几何相关的信息不需要用户去麻烦地测量零件上点的坐标再根据测量结果出入数值，而直接设定为系统的参数变量（ maxpz 和 minpz ），和工艺相关的参数具有代数相关性，如切削的深度和侧向进给的大小可以直接建立为加工刀具直径的关系式，工艺参数的临时修改不会使用户对相关的所有工艺参数都重新填写。
图 9 Cimatron 的精加工
第四步：应用模板 Cimatron 的自动化加工功能非常完善和优秀，我们可以根据该加工策略收集和积累典型的工艺过程及其参数而形成加工模板。该模板是根据单位的具体情况而生成的，也是实际加工经验的总结。该加工模板具有参数化自适应的功能，对已有加工模式的任何修改，与修改相关的其他工艺参数都能够随之修改，具有很好的适应性。加工的自动化技术将提高今后数控编程的效率与安全合理性。 Cimatron 针对数控刀具的解决方案，在有限的人为干预的情况下，能自动生成数控程序，并在实际加工中应用。实践证明 Cimatron 针对数控刀具的解决方案编程效率高，在很大程度上避免了人为错误，在实际应用中取得了良好的效果。
