塑料工業(yè)是當今世界發(fā)展最快的工業(yè)門類之一，模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展對塑料工業(yè)有著重要的意義。NX和Master CAM是模具設(shè)計與加工中廣泛應(yīng)用的CAD/CAM軟件，其中，NX軟件主要用于產(chǎn)品設(shè)計、工程分析、繪制工程圖和模具設(shè)計等，其內(nèi)置的Mold wizard模塊可根據(jù)產(chǎn)品的3D模型，進行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計，大大提高了設(shè)計效率。設(shè)計完成后可以運用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)控機床進行加工。將兩種軟件各自的功能特點配合使用，可以有效提高注塑模設(shè)計及數(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

　　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，同時能保護內(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。考慮到塑件內(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，采用多頂桿頂出機構(gòu)一次頂出。

　　1.2 模具設(shè)計準備過程

　　在NX的注塑模向?qū)K下，利用“項目初始化”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)過自動計算并調(diào)入模型。然后設(shè)置模具坐標系，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。移動及旋轉(zhuǎn)塑件坐標系，使之調(diào)整到與模具坐標系相同的位置，開模方向為z軸的正方向，同時也是頂出方向，鎖定模具坐標系，完成模具坐標系的設(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向長度”設(shè)置為“135”，“Y向長度”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

　　分型設(shè)計包括分型線設(shè)計，分型面設(shè)計、創(chuàng)建模具的型芯和型腔等步驟。其中，分型面設(shè)計的優(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)計中重要的一步。

　　1.3.1 修補創(chuàng)建分型線

　　對LCD盒的通孔進行修補，并進行修剪，合并到LCD盒中。分型線可采用自動或手動兩種方式完成。使用“分型線管理器”，自動完成分型線的搜索，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，采用自動修補功能，完成修補的補片面，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，頂出機構(gòu)將塑件頂出模具型腔，冷卻系統(tǒng)實現(xiàn)塑件的快速凝固成型，其所有零件可以通過調(diào)用模架和標準件來實現(xiàn)。本模具設(shè)計包括添加模架、標準件、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)設(shè)計、側(cè)向分型抽芯機構(gòu)、頂出機構(gòu)設(shè)計等，其中內(nèi)側(cè)向分型抽芯機構(gòu)是本模具設(shè)計的難點。

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)進行加工。由于各軟件坐標系的默認方向不盡相同，所以文件轉(zhuǎn)入后常需要對模型的坐標進行處理。

　　2.2 加工工藝分析和實體加工

　　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，先用普通機床完成毛坯加工，然后用曲面挖槽進行粗加工去除大部分余料，為了保證模具精度，對不同部位分別用等高外形、曲面流線、外形銑削進行半精加工、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。刀路計算時間短，刀具切削負荷均勻，加工效率高。因毛坯外形首先在通用機床上加工好，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，進給速度1200mm/min。用3D曲面切槽刀路對型腔曲面粗加工，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，進給速度1200mm/min，用等高外形刀路繼續(xù)對型腔曲面半精加工。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。

　　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，進給速度1200mm/mm，等高外形刀路繼續(xù)對型腔曲面半精加工。

　　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，進給速度300mm/min，對型腔表面進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型腔表面凹槽進行精加工，加工余量為0，轉(zhuǎn)速6000r/min，進給速度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，需對其殘料進行精加工，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，進給速度1200mm/min，用曲面精加工等高外形加工刀路對型腔底部進行精加工，來實現(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，進給速度300mm/min，用2D外形加工刀路對型腔內(nèi)的凸臺進行精加工，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)

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

4 結(jié)論

　　NX和Master CAM相結(jié)合的模具設(shè)計與加工是模具CAD/CAM發(fā)展的趨勢，可以縮短模具設(shè)計與制造周期，提高生產(chǎn)效率，對提高市場響應(yīng)速度，增強企業(yè)競爭力有非常重要的意義。