在現代化的模具生產中，隨著對塑料件功能要求的提高，塑件內部結構也變得越來越複雜，相應的模具結構也要隨之複雜化。本文闡述了在塑料模具製造中所採用的新的設計製造工藝方法路線：首先利用Pro/ENGINEER或MasterCAM等先進的CAD/CAM軟體進行產品的3D圖形設計；然後根據產品的特點設計模具結構，生成模具型腔實體圖和工程圖；再在MasterCAM中根據模具型腔的特點繪製CNC數控加工工藝圖，擬定數控加工工藝路線，輸入加工參數，生成刀具路徑；最後進行三維加工動態模擬，生成加工程序，並輸送到數控機床進行自動加工。以下就以一個手機前殼的模具為例，重點體說明這一加工流程。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、前模的數控加工
根據手機前殼的3D圖形進行模具設計后，將模具型芯的3D實體圖轉換成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
其數控加工工藝如下：
(1)曲面挖槽粗加工，採用φ16的平底鑲合金刀；
(2)曲面等高外形半精加工，採用φ6的平底刀；
(3)曲面的外形粗加工前模的電池插口枕位，採用φ6的平底刀；
(4)直紋曲面粗加工枕位的平面部分，採用φ6的平底刀；
(5)直紋曲面粗加工枕位的圓弧面部分，採用φ6的平底刀；
(6)曲面平行精加工，採用φ10的球頭刀；
(7)等高外形精加工下部的清角部分，採用φ3的平底刀；
(8)等高外形精加工上部的清角部分，採用φ3的平底刀；
(9)曲面等高外形精加工型腔，採用φ3的平底刀；
(10)直紋曲面加工型腔的分型面，採用φ16的球頭刀；
(11)直紋曲面精加工枕位的平面部分，採用φ3的平底刀；
(12)直紋曲面精加工枕位的圓弧面部分，採用φ3的平底刀。
下面分別予以介紹。
1.曲面挖槽粗加工
採用雙刃φ16的平底鑲合金刀，預留了0.3mm的加工余量。機床的進給率，1500mm/min；Z方向進給速度，500mm/min；抬刀速率，2000mm/min；主軸轉速，2000r/min。
(1)曲面參數
安全高度絕對坐標，15mm；進給進刀增量坐標，1mm；過濾公差，0.025mm。刀具的邊界取圖1所示的外形邊界。無須選擇檢查面。
(2)挖槽粗加工參數
Z方向的每步最大的下刀量，0.4mm；刀徑百分比的進刀量，75%；實際進刀量，12mm。選擇平行螺旋線銑削方式，輸入一個刀具路徑接近的起點，將下刀的中心設在邊界的外面，採用螺旋下刀方式，切削深度設定為相對增量方式，預留0.2mm的余量。
(3)刀具路徑
設置完所有參數后，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展刀具直徑的1.5倍）。無須選擇檢查面。刀具的加工路徑如圖2所示。
圖2 外形挖槽粗加工刀具路徑
２.曲面等高外形半精加工
採用φ6的平底超硬合金刀，進一步加工尖角或細小倒圓角的殘留余量，預留0.15mm的加工余量。機床的進給率，500mm/min；Z方向進給速度，500mm/min；抬刀速率，2000mm/min；主軸轉速，1800r/min。
(1)等高外形參數
切削刀具的每次高度下降值為0.15mm；下刀點選擇在邊界內；切削深度選用相對深度，0.2mm。
(2)刀具路徑
設置完所有參數后，在Geometry中選取所有加工面，刀具的加工路徑如圖3所示。
圖3 等高外形半精加工刀具路徑
３.曲面的外形加工
採用曲面的外形粗加工刀路方式加工前模的電池插口枕位，採用φ6平底刀合金刀，預留0.15mm的加工余量。
(1)外形參數
安全高度絕對坐標，15mm；進給進刀增量坐標，1mm；過濾公差，0.025mm。多層切削參數是設置XY平面內的切削次數和切削用量的，根據加工余量而定：粗切削次數，2次；步距，4mm；精切削次數，0；步距，0.5mm。設定合適的進刀、退刀的路徑。因加工深度只有2mm，這裡不使用Depth深度切削。
(2)刀具路徑
設置完所有參數后，在Geometry中Chain選取如圖1所示的外形。從Toolpaths/Operations命令中進入操作管理菜單，用Backplot—Run命令模擬刀具路徑，檢查Contour，刀具銑削路徑有無問題。刀具的加工路徑如圖4所示。
圖4 外形加工路徑
4.直紋面加工
採用直紋面加工方式粗加工枕位的平面部分，刀具採用φ6的平底合金刀，度預留0.1mm的加工余量。
(1)直紋曲面刀路參數
切削方式採用往複式切削；切削間距，0.1mm；切削余量，0.1mm；快速進給的深度（絕對尺寸），15.0mm，Left，刀具左補償。
(2)刀具路徑
設置完所有參數后，在Geometry中Chain選取如圖1所示的兩條Ruled線。刀具的加工路徑如圖5所示。
同樣，採用Ruled直紋曲面加工模式粗加工枕位的另一半的圓弧部分，採用φ6的平底合金刀，刀具參數和直紋面參數不變，預留0.1mm的加工余量。刀具的加工路徑如圖6所示。
圖5 枕位平面部分直紋面加工路徑
圖6 枕位圓弧部分直紋面加工路徑
5.曲面平行加工
採用曲面平行加工方式精加工全部的曲面。刀具採用φ10的球頭刀，不留加工余量。機床的進給率，1300mm/min；Z方向進給速度，500mm/min；抬刀速率，2000mm/min；主軸轉速，2500r/min。
(1)曲面參數
安全高度絕對坐標，15mm；進給進刀增量坐標，1mm；預留0.3mm的加工余量。因為要精加工所有的面，這裡無須確定刀具的邊界，不使用檢查面。
(2)曲面平行加工參數
加工最大步距，0.1mm。該選項可以設置刀具的橫向進給量，其值越小就越精確，加工面越光滑，但是生成NC程序的時間和程序也越長。切削方法定為來回切削。切削角度可以設置成加工刀具路徑與當前構圖平面中X軸的夾角，此處設定為45°。刀具的加工路徑如圖7所示。
圖7 曲面平行加工路徑
6. 曲面等高外形半精加工
採用等高外形刀路方式精加工下部的清角部分。刀具採用φ3的平底超硬合金刀。
(1)機床參數
機床的進給率，500mm/min；Z方向進給速度，500mm/min；抬刀速率，2000mm/min；主軸轉速，3500r/min。打開冷卻液，預留0.3mm的加工余量，不使用檢查面。刀具的邊界如圖8所示。
圖8 刀具邊界
(2)等高外形參數
切削刀具的每次高度下降值為0.15mm。下刀點選擇在邊界內；採用順銑往複模式進給；切削深度選用絕對深度，最小深度為0.0mm，最大深度為-4.0mm。刀具的加工路徑如圖9所示。
同樣採用等高外形刀路方式精加工上部的清角部分，仍然採用φ3的平底刀，刀具參數、曲面參數、加工參數同前，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。刀具的加工路徑如圖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
採用等高外形刀路方式精加工整個型腔。刀具採用φ3的平底刀。刀具參數和加工面的參數同前，加工邊界選取圖11所示的邊界。雖然最後的曲面精加工，仍然留0.3mm的余量給後續的電火花加工。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。刀具的加工路徑，如圖11所示。
圖11 等高外形加工路徑
8. 直紋面加工
採用直紋曲面加工方式精加工分型面。刀具採用φ16的平底合金刀，預留0.1mm的加工余量。切削方式採用往複式切削，切削間距為0.2mm。刀具的加工路徑如圖12所示。
同樣採用直紋曲面加工模式精加工枕位的平面部分和圓弧面。刀具採用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
其數控加工工藝如下（與前模大同小異，限於篇幅不再展開）：
(1)曲面挖槽粗加工，採用φ25的平底鑲合金刀，留0.4mm余量；
(2)曲面等高外形半精加工，採用φ12的平底刀，留0.15mm余量；
(3)曲面平行精加工，採用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，採用φ4的平底刀。
三、面殼銅電極的數控加工
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
其數控加工工藝如下（限於篇幅不再展開）：
(1)采曲面的外形加工方式粗加工銅電極的基準位置，採用φ16的四刃平底刀，不留加工余量；
(2)採用曲面平行加工方式粗加工銅電極的全部曲面，採用φ16的平底刀，留有0.35mm的加工余量；
(3)採用曲面等高外形加工方式半精加工銅電極曲面，採用φ6的平底刀，留有0.1mm的加工余量；
(4)採用挖槽加工方式加工Lens部分，採用φ6的平底刀，留有0.3mm的加工余量；
(5)採用曲面的外形加工方式粗、精加工Lens裝配位置，採用φ1的四刃平底刀，不留加工余量；
(6)採用面平行加工方式精加工銅電極的全部曲面，採用φ6的球頭刀（Endmill Sphere），不留加工余量；
(7)採用曲面的外形加工方式精加工銅電極的按鍵位置，採用φ2的雙刃平底刀，不留加工余量；
(8)採用曲面等高外形加工方式精加工Battery-cover裝配位置，採用φ2的雙刃平底刀，不留加工余量。
四、結束語
數控編程是目前CAD/CAPP/CAM系統中最能明顯發揮效益的環節之一，其在實現設計加工自動化、提高加工精度和加工質量、縮短產品研製周期等方面發揮著重要作用。從Pro/ENGINEER中以IGS格式將簽名設計的3D圖形調入，根據模具型腔的特點，確定模具型腔、分模面，生成模具型腔實體圖、工程圖、加工工藝圖。根據CAM系統的功能，從CAPP資料庫獲取加工過程的工藝信息，進行零部件加工工藝路線的控制，輸入加工參數，然後再在CAM中編製刀具路徑，進行三維加工動態模擬，生成加工程序並輸送到數控機床完成自動化加工。這些加工步驟是現代化模具生產的過程和發展趨勢，它使複雜模具型芯的生產簡化為單個機械零件的數控自動化生產，全部模具設計和數控加工編程過程都可以藉助CAD/CAM軟體在計算機上完成。它改變了傳統的模具製造手段，有效地縮短了模具製造周期，大大提高了模具的質量、精度和生產效率。
