塑料工業(yè)是當(dāng)今世界發(fā)展最快的工業(yè)門類之一，模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展對(duì)塑料工業(yè)有著重要的意義。NX和Master CAM是模具設(shè)計(jì)與加工中廣泛應(yīng)用的CAD/CAM軟件，其中，NX軟件主要用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程分析、繪制工程圖和模具設(shè)計(jì)等，其內(nèi)置的Mold wizard模塊可根據(jù)產(chǎn)品的3D模型，進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，大大提高了設(shè)計(jì)效率。設(shè)計(jì)完成后可以運(yùn)用Master CAM軟件編制刀具路徑，最后通過后置處理轉(zhuǎn)換成NC程序，再傳送到至數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工。將兩種軟件各自的功能特點(diǎn)配合使用，可以有效提高注塑模設(shè)計(jì)及數(shù)控加工的質(zhì)量和效率。

1 基于NX/Mold wizard的注塑模具設(shè)計(jì)

　　1.1 塑件工藝性分析

　　塑件為某液晶顯示(LCD)產(chǎn)品外盒，三維結(jié)構(gòu)如圖1所示，材料為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，厚度2mm，大批量生產(chǎn)，要求造型美觀，同時(shí)能保護(hù)內(nèi)部電器系統(tǒng)免受破壞，質(zhì)量輕，力學(xué)性能良好，耐沖擊，耐磨損。根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)工藝性、模具結(jié)構(gòu)、注射工藝條件及塑料性能等因素，采用側(cè)澆口的澆注系統(tǒng)，以方便塑件的后續(xù)處理。為了滿足批量生產(chǎn)以及生產(chǎn)工藝等要求，模具采用一模兩腔的型腔布局?？紤]到塑件內(nèi)壁側(cè)槽的成型，決定采用三板式內(nèi)側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)。塑件的內(nèi)表面結(jié)構(gòu)較復(fù)雜且橫截面較大，因此，采用多頂桿頂出機(jī)構(gòu)一次頂出。

　　1.2 模具設(shè)計(jì)準(zhǔn)備過程

　　在NX的注塑模向?qū)K下，利用“項(xiàng)目初始化”命令將LCD盒的三維模型加載到NX工作環(huán)境中，初選材料為“NULL”，收縮率為1.000，系統(tǒng)經(jīng)過自動(dòng)計(jì)算并調(diào)入模型。然后設(shè)置模具坐標(biāo)系，用于塑件的重新定位，以便將其放置在模具裝配的正確位置上。移動(dòng)及旋轉(zhuǎn)塑件坐標(biāo)系，使之調(diào)整到與模具坐標(biāo)系相同的位置，開模方向?yàn)閦軸的正方向，同時(shí)也是頂出方向，鎖定模具坐標(biāo)系，完成模具坐標(biāo)系的設(shè)置。設(shè)置工件（型芯和型腔的鑲塊體），根據(jù)塑件外形最大尺寸(X=85，Y=144，Z_down=-5.4，Z_up=10.6)和模具壁厚來完成工件設(shè)置，工件的“X向長(zhǎng)度”設(shè)置為“135”，“Y向長(zhǎng)度”設(shè)置為“195”，“Z向上移”設(shè)置為“30”，“Z向下移”設(shè)置為“35”，完成工件設(shè)置。

　　1.3 分型設(shè)計(jì)

　　分型設(shè)計(jì)包括分型線設(shè)計(jì)，分型面設(shè)計(jì)、創(chuàng)建模具的型芯和型腔等步驟。其中，分型面設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響模具結(jié)構(gòu)、模具壽命、操作的可靠性等，是模具設(shè)計(jì)中重要的一步。

　　1.3.1 修補(bǔ)創(chuàng)建分型線

　　對(duì)LCD盒的通孔進(jìn)行修補(bǔ)，并進(jìn)行修剪，合并到LCD盒中。分型線可采用自動(dòng)或手動(dòng)兩種方式完成。使用“分型線管理器”，自動(dòng)完成分型線的搜索，創(chuàng)建分型線。

　　1.3.2 創(chuàng)建分型面

　　Mold wizard提供的創(chuàng)建分型面的方式有拉伸、掃描、有界曲面等．根據(jù)工件的特征選擇有界曲面，所創(chuàng)建的分型。

　　1.3.3 創(chuàng)建型芯與型腔

　　分型面創(chuàng)建完后，采用自動(dòng)修補(bǔ)功能，完成修補(bǔ)的補(bǔ)片面，再采用“抽取區(qū)域”功能，必須保證提取面的總數(shù)等于型腔面和型芯面的個(gè)數(shù)總和。

　　1.4 后續(xù)處理工作

　　型芯和型腔是模具的成型零件，一套完整的注塑模具還需要模架做支撐，需要澆注系統(tǒng)將塑料熔體注射到模具型腔，頂出機(jī)構(gòu)將塑件頂出模具型腔，冷卻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)塑件的快速凝固成型，其所有零件可以通過調(diào)用模架和標(biāo)準(zhǔn)件來實(shí)現(xiàn)。本模具設(shè)計(jì)包括添加模架、標(biāo)準(zhǔn)件、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)、側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)、頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等，其中內(nèi)側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)是本模具設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。

2 基于Master CAM環(huán)境的數(shù)控加工

　　2.1 NX和Master CAM之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

　　模具設(shè)計(jì)完成后，將模具型腔文件轉(zhuǎn)換為STP格式文件，然后將其導(dǎo)入Master CAM系統(tǒng)進(jìn)行加工。由于各軟件坐標(biāo)系的默認(rèn)方向不盡相同，所以文件轉(zhuǎn)入后常需要對(duì)模型的坐標(biāo)進(jìn)行處理。

　　2.2 加工工藝分析和實(shí)體加工

　　模具型腔加工主要包括毛坯工件的選擇，加工區(qū)域的確定、工藝路線的擬定、加工刀具的選擇、加工方式、走刀路線和切削用量的確定以及加工仿真。根據(jù)型腔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，先用普通機(jī)床完成毛坯加工，然后用曲面挖槽進(jìn)行粗加工去除大部分余料，為了保證模具精度，對(duì)不同部位分別用等高外形、曲面流線、外形銑削進(jìn)行半精加工、精加工，并編制相應(yīng)的加工工藝。

　　2.2.1 曲面挖槽粗加工

　　曲面挖槽加工的特點(diǎn)是分層清除曲面與加工范圍之間的所有材料，加工完畢的工件表面呈梯田狀。刀路計(jì)算時(shí)間短，刀具切削負(fù)荷均勻，加工效率高。因毛坯外形首先在通用機(jī)床上加工好，模具的分型面為平面，首先選取φ12mm、R0.8mm鑲方硬質(zhì)合金刀片的圓鼻刀，轉(zhuǎn)速2000r/min，進(jìn)給速度1200mm/min。用3D曲面切槽刀路對(duì)型腔曲面粗加工，同其他粗加工刀路加工效率相比，其常作為粗加工第一步首選方案。

　　2.2.2 等高外形半精加工

　　粗加工選用刀具的刀粒直徑較大，在型腔留下了較大的加工余量。選取φ6mm平底合金刀，轉(zhuǎn)速3000r/min，進(jìn)給速度1200mm/min，用等高外形刀路繼續(xù)對(duì)型腔曲面半精加工。等高外形加工是刀具沿曲面等高曲線加工，常用平底刀加工完畢后，工件表面呈梯田狀，曲面平坦效果不佳。在曲面粗加工和精加工類型中都有此選項(xiàng)。

　　根據(jù)型腔曲面的精度要求，繼續(xù)選用φ3mm平底合金刀，轉(zhuǎn)速5000r/min，進(jìn)給速度1200mm/mm，等高外形刀路繼續(xù)對(duì)型腔曲面半精加工。

　　2.2.3 精加工

　　2.2.3.1 外形銑削和曲面挖槽粗加工

　　型腔表面為工作表面，表面精度直接決定塑件的外形表面的精度，因此選用φ6mm平刀，加工余量為0，轉(zhuǎn)速3000r/min，進(jìn)給速度300mm/min，對(duì)型腔表面進(jìn)行外形銑削精加工和曲面槽的加工。

　　2.2.3.2 曲面流線加

　　刀具選用φ3mm球刀，用曲面流線加工的方式對(duì)型腔表面凹槽進(jìn)行精加工，加工余量為0，轉(zhuǎn)速6000r/min，進(jìn)給速度1200mm/min。

　　2.2.3.3 曲面等高外形精加工

　　凹模的四周曲面比較陡，需對(duì)其殘料進(jìn)行精加工，提高加工質(zhì)量，滿足產(chǎn)品性能要求。選取φ3mm球刀，加工余量為0，轉(zhuǎn)速6000r/min，進(jìn)給速度1200mm/min，用曲面精加工等高外形加工刀路對(duì)型腔底部進(jìn)行精加工，來實(shí)現(xiàn)曲面光刀及清角（清除殘料）。

　　2.2.3.4 外形銑削加工

　　刀具選用φ3mm平刀，加工余量為0，轉(zhuǎn)速6000r/min，進(jìn)給速度300mm/min，用2D外形加工刀路對(duì)型腔內(nèi)的凸臺(tái)進(jìn)行精加工，圖12為外形銑削精加工刀具軌跡。

3 后處理和數(shù)控程序生產(chǎn)

　　對(duì)于不確定的加工程序進(jìn)行模擬仿真，可以確保程序的安全性、完整性和合理性。當(dāng)檢查確定無誤之后，系統(tǒng)同時(shí)產(chǎn)生了NCI文件，而要得到具體的數(shù)控程序，需要進(jìn)行后置處理，也就是將生成的加工程序或刀具軌跡進(jìn)行處理以得到機(jī)床能識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)代碼文件。雖然每臺(tái)機(jī)床的控制系統(tǒng)對(duì)程序格式和指令都有不同的要求，但只要將用戶機(jī)床的數(shù)據(jù)文件和刀位軌跡原文件結(jié)合在一起，經(jīng)自動(dòng)處理后即可生成該機(jī)床的NC加工代碼。

4 結(jié)論

　　NX和Master CAM相結(jié)合的模具設(shè)計(jì)與加工是模具CAD/CAM發(fā)展的趨勢(shì)，可以縮短模具設(shè)計(jì)與制造周期，提高生產(chǎn)效率，對(duì)提高市場(chǎng)響應(yīng)速度，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力有非常重要的意義。