在現(xiàn)代化的模具生產(chǎn)中，隨著對(duì)塑料件功能要求的提高，塑件內(nèi)部結(jié)構(gòu)也變得越來(lái)越復(fù)雜，相應(yīng)的模具結(jié)構(gòu)也要隨之復(fù)雜化。本文闡述了在塑料模具制造中所采用的新的設(shè)計(jì)制造工藝方法路線：首先利用Pro/ENGINEER或MasterCAM等先進(jìn)的CAD/CAM軟件進(jìn)行產(chǎn)品的3D圖形設(shè)計(jì)；然后根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)，生成模具型腔實(shí)體圖和工程圖；再在MasterCAM中根據(jù)模具型腔的特點(diǎn)繪制CNC數(shù)控加工工藝圖，擬定數(shù)控加工工藝路線，輸入加工參數(shù)，生成刀片路徑；最后進(jìn)行三維加工動(dòng)態(tài)仿真，生成加工程序，并輸送到數(shù)控機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)加工。以下就以一個(gè)手機(jī)前殼的模具為例，重點(diǎn)體說(shuō)明這一加工流程。為減少篇幅，本文假定從生成三維加工工藝模型后開始，只涉及加工部分。 

一、前模的數(shù)控加工 

根據(jù)手機(jī)前殼的3D圖形進(jìn)行模具設(shè)計(jì)后，將模具型芯的3D實(shí)體圖轉(zhuǎn)換成IGS圖形格式，輸入到MasterCAM中。前模加工工藝3D圖，如圖1所示。

 
圖1 前模加工工藝3D圖

其數(shù)控加工工藝如下： 

(1)曲面挖槽粗加工，采用φ16的平底鑲合金刀； 
(2)曲面等高外形半精加工，采用φ6的平底刀； 
(3)曲面的外形粗加工前模的電池插口枕位，采用φ6的平底刀； 
(4)直紋曲面粗加工枕位的平面部分，采用φ6的平底刀； 
(5)直紋曲面粗加工枕位的圓弧面部分，采用φ6的平底刀； 
(6)曲面平行精加工，采用φ10的球頭刀； 
(7)等高外形精加工下部的清角部分，采用φ3的平底刀； 
(8)等高外形精加工上部的清角部分，采用φ3的平底刀； 
(9)曲面等高外形精加工型腔，采用φ3的平底刀； 
(10)直紋曲面加工型腔的分型面，采用φ16的球頭刀； 
(11)直紋曲面精加工枕位的平面部分，采用φ3的平底刀； 
(12)直紋曲面精加工枕位的圓弧面部分，采用φ3的平底刀。 

下面分別予以介紹。 

1.曲面挖槽粗加工 

采用雙刃φ16的平底鑲合金刀，預(yù)留了0.3mm的加工余量。機(jī)床的進(jìn)給率，1500mm/min；Z方向進(jìn)給速度，500mm/min；抬刀速率，2000mm/min；主軸轉(zhuǎn)速，2000r/min。 

(1)曲面參數(shù) 

安全高度絕對(duì)坐標(biāo)，15mm；進(jìn)給進(jìn)刀增量坐標(biāo)，1mm；過(guò)濾公差，0.025mm。刀片的邊界取圖1所示的外形邊界。無(wú)須選擇檢查面。 

(2)挖槽粗加工參數(shù) 

Z方向的每步最大的下刀量，0.4mm；刀徑百分比的進(jìn)刀量，75%；實(shí)際進(jìn)刀量，12mm。選擇平行螺旋線銑削方式，輸入一個(gè)刀片路徑接近的起點(diǎn)，將下刀的中心設(shè)在邊界的外面，采用螺旋下刀方式，切削深度設(shè)定為相對(duì)增量方式，預(yù)留0.2mm的余量。 

(3)刀片路徑 

設(shè)置完所有參數(shù)后，在Geometry中選取所有加工面，加工邊界選取圖1所示的外形邊界（以工件毛坯外徑向外擴(kuò)展刀片直徑的1.5倍）。無(wú)須選擇檢查面。刀片的加工路徑如圖2所示。

 
圖2 外形挖槽粗加工刀片路徑

２.曲面等高外形半精加工 

采用φ6的平底超硬合金刀，進(jìn)一步加工尖角或細(xì)小倒圓角的殘留余量，預(yù)留0.15mm的加工余量。機(jī)床的進(jìn)給率，500mm/min；Z方向進(jìn)給速度，500mm/min；抬刀速率，2000mm/min；主軸轉(zhuǎn)速，1800r/min。

(1)等高外形參數(shù) 

切削刀片的每次高度下降值為0.15mm；下刀點(diǎn)選擇在邊界內(nèi)；切削深度選用相對(duì)深度，0.2mm。 

(2)刀片路徑 

設(shè)置完所有參數(shù)后，在Geometry中選取所有加工面，刀片的加工路徑如圖3所示。

 
圖3 等高外形半精加工刀片路徑

３.曲面的外形加工 

采用曲面的外形粗加工刀路方式加工前模的電池插口枕位，采用φ6平底刀合金刀，預(yù)留0.15mm的加工余量。 

(1)外形參數(shù) 

安全高度絕對(duì)坐標(biāo)，15mm；進(jìn)給進(jìn)刀增量坐標(biāo)，1mm；過(guò)濾公差，0.025mm。多層切削參數(shù)是設(shè)置XY平面內(nèi)的切削次數(shù)和切削用量的，根據(jù)加工余量而定：粗切削次數(shù)，2次；步距，4mm；精切削次數(shù)，0；步距，0.5mm。設(shè)定合適的進(jìn)刀、退刀的路徑。因加工深度只有2mm，這里不使用Depth深度切削。 

(2)刀片路徑 

設(shè)置完所有參數(shù)后，在Geometry中Chain選取如圖1所示的外形。從Toolpaths/Operations命令中進(jìn)入操作管理菜單，用Backplot—Run命令模擬刀片路徑，檢查Contour，刀片銑削路徑有無(wú)問(wèn)題。刀片的加工路徑如圖4所示。

 
圖4 外形加工路徑

4.直紋面加工 

采用直紋面加工方式粗加工枕位的平面部分，刀片采用φ6的平底合金刀，度預(yù)留0.1mm的加工余量。 

(1)直紋曲面刀路參數(shù) 

切削方式采用往復(fù)式切削；切削間距，0.1mm；切削余量，0.1mm；快速進(jìn)給的深度（絕對(duì)尺寸），15.0mm，Left，刀片左補(bǔ)償。 

(2)刀片路徑 

設(shè)置完所有參數(shù)后，在Geometry中Chain選取如圖1所示的兩條Ruled線。刀片的加工路徑如圖5所示。

 
圖5 枕位平面部分直紋面加工路徑

同樣，采用Ruled直紋曲面加工模式粗加工枕位的另一半的圓弧部分，采用φ6的平底合金刀，刀片參數(shù)和直紋面參數(shù)不變，預(yù)留0.1mm的加工余量。刀片的加工路徑如圖6所示。

 
圖6 枕位圓弧部分直紋面加工路徑

5.曲面平行加工 

采用曲面平行加工方式精加工全部的曲面。刀片采用φ10的球頭刀，不留加工余量。機(jī)床的進(jìn)給率，1300mm/min；Z方向進(jìn)給速度，500mm/min；抬刀速率，2000mm/min；主軸轉(zhuǎn)速，2500r/min。 

(1)曲面參數(shù) 

安全高度絕對(duì)坐標(biāo)，15mm；進(jìn)給進(jìn)刀增量坐標(biāo)，1mm；預(yù)留0.3mm的加工余量。因?yàn)橐庸に械拿妫@里無(wú)須確定刀片的邊界，不使用檢查面。 

(2)曲面平行加工參數(shù) 

加工最大步距，0.1mm。該選項(xiàng)可以設(shè)置刀片的橫向進(jìn)給量，其值越小就越精確，加工面越光滑，但是生成NC程序的時(shí)間和程序也越長(zhǎng)。切削方法定為來(lái)回切削。切削角度可以設(shè)置成加工刀片路徑與當(dāng)前構(gòu)圖平面中X軸的夾角，此處設(shè)定為45°。刀片的加工路徑如圖7所示。

 
圖7 曲面平行加工路徑

6. 曲面等高外形半精加工 

采用等高外形刀路方式精加工下部的清角部分。刀片采用φ3的平底超硬合金刀。 

(1)機(jī)床參數(shù) 

機(jī)床的進(jìn)給率，500mm/min；Z方向進(jìn)給速度，500mm/min；抬刀速率，2000mm/min；主軸轉(zhuǎn)速，3500r/min。打開冷卻液，預(yù)留0.3mm的加工余量，不使用檢查面。刀片的邊界如圖8所示。

 
圖8 刀片邊界

(2)等高外形參數(shù) 

切削刀片的每次高度下降值為0.15mm。下刀點(diǎn)選擇在邊界內(nèi)；采用順銑往復(fù)模式進(jìn)給；切削深度選用絕對(duì)深度，最小深度為0.0mm，最大深度為-4.0mm。刀片的加工路徑如圖9所示。 

同樣采用等高外形刀路方式精加工上部的清角部分，仍然采用φ3的平底刀，刀片參數(shù)、曲面參數(shù)、加工參數(shù)同前，選取所有加工面作為加工面，邊界選取圖10所示的外形邊界。最小加工深度為-1.5mm，最大加工深度為-4.0mm。刀片的加工路徑如圖10所示。

 
圖9 下部清角部分等高外形加工路徑

 
圖10 上部清角部分等高外形加工路徑

7. 曲面等高外形精加工 

采用等高外形刀路方式精加工整個(gè)型腔。刀片采用φ3的平底刀。刀片參數(shù)和加工面的參數(shù)同前，加工邊界選取圖11所示的邊界。雖然最后的曲面精加工，仍然留0.3mm的余量給后續(xù)的電火花加工。選取所有加工面作為精加工面：每次高度下降值為0.1mm，加工最小深度為-4.0mm，加工最大深度為-9.1mm。刀片的加工路徑，如圖11所示。

 
圖11 等高外形加工路徑

8. 直紋面加工 

采用直紋曲面加工方式精加工分型面。刀片采用φ16的平底合金刀，預(yù)留0.1mm的加工余量。切削方式采用往復(fù)式切削，切削間距為0.2mm。刀片的加工路徑如圖12所示。同樣采用直紋曲面加工模式精加工枕位的平面部分和圓弧面。刀片采用φ3的平底合金刀，不留加工余量，切削間距為0.2mm。

 
圖12 分型面直紋面加工路徑

二、后模的數(shù)控加工 

后模的三維加工工藝圖，如圖13所示。

 
圖13 面殼后模加工工藝3D圖

其數(shù)控加工工藝如下（與前模大同小異，限于篇幅不再展開）： 

(1)曲面挖槽粗加工，采用φ25的平底鑲合金刀，留0.4mm余量； 
(2)曲面等高外形半精加工，采用φ12的平底刀，留0.15mm余量； 
(3)曲面平行精加工，采用φ10的球頭刀，不留加工余量； 
(4)曲面的外形，Contour方式加工前模的Len透鏡位置，采用φ4的平底刀。 

三、面殼銅電極的數(shù)控加工 

銅電極的三維加工工藝圖，如圖14所示。

 
圖14 銅電極加工工藝3D圖

其數(shù)控加工工藝如下（限于篇幅不再展開）： 

(1)采曲面的外形加工方式粗加工銅電極的基準(zhǔn)位置，采用φ16的四刃平底刀，不留加工余量； 
(2)采用曲面平行加工方式粗加工銅電極的全部曲面，采用φ16的平底刀，留有0.35mm的加工余量； 
(3)采用曲面等高外形加工方式半精加工銅電極曲面，采用φ6的平底刀，留有0.1mm的加工余量； 
(4)采用挖槽加工方式加工Lens部分，采用φ6的平底刀，留有0.3mm的加工余量； 
(5)采用曲面的外形加工方式粗、精加工Lens裝配位置，采用φ1的四刃平底刀，不留加工余量； 
(6)采用面平行加工方式精加工銅電極的全部曲面，采用φ6的球頭刀（Endmill Sphere），不留加工余量； 
(7)采用曲面的外形加工方式精加工銅電極的按鍵位置，采用φ2的雙刃平底刀，不留加工余量； 
(8)采用曲面等高外形加工方式精加工Battery-cover裝配位置，采用φ2的雙刃平底刀，不留加工余量。 

四、結(jié)束語(yǔ) 

數(shù)控編程是目前CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)中最能明顯發(fā)揮效益的環(huán)節(jié)之一，其在實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)加工自動(dòng)化、提高加工精度和加工質(zhì)量、縮短產(chǎn)品研制周期等方面發(fā)揮著重要作用。從Pro/ENGINEER中以IGS格式將簽名設(shè)計(jì)的3D圖形調(diào)入，根據(jù)模具型腔的特點(diǎn)，確定模具型腔、分模面，生成模具型腔實(shí)體圖、工程圖、加工工藝圖。根據(jù)CAM系統(tǒng)的功能，從CAPP數(shù)據(jù)庫(kù)獲取加工過(guò)程的工藝信息，進(jìn)行零部件加工工藝路線的控制，輸入加工參數(shù)，然后再在CAM中編制刀片路徑，進(jìn)行三維加工動(dòng)態(tài)仿真，生成加工程序并輸送到數(shù)控機(jī)床完成自動(dòng)化加工。這些加工步驟是現(xiàn)代化模具生產(chǎn)的過(guò)程和發(fā)展趨勢(shì)，它使復(fù)雜模具型芯的生產(chǎn)簡(jiǎn)化為單個(gè)機(jī)械零件的數(shù)控自動(dòng)化生產(chǎn)，全部模具設(shè)計(jì)和數(shù)控加工編程過(guò)程都可以借助CAD/CAM軟件在計(jì)算機(jī)上完成。它改變了傳統(tǒng)的模具制造手段，有效地縮短了模具制造周期，大大提高了模具的質(zhì)量、精度和生產(chǎn)效率。