模具的型芯和型腔往往具有各種自由曲面,，非常適合在數(shù)控機床上進行加工。數(shù)控加工的工藝與普通加工工藝有較大區(qū)別,。本文結合兒童產品裝飾物的模具型芯的數(shù)控加工工藝設計,，分析和總結了模具數(shù)控加工的工藝特點，為模具的數(shù)控工藝設計提供了借鑒,。
數(shù)控加工工藝是指采用數(shù)控機床加工零件時,，所運用各種方法和技術手段的總和，應用于整個數(shù)控加工工藝過程,。由于數(shù)控加工具有加工效率高,、質量穩(wěn)定、對工人技術要求相對較低,、一次裝夾可以完成復雜曲面的加工等特點,，所以，數(shù)控加工在模具制造行業(yè)的應用越來越廣泛,，地位也越來越重要,。數(shù)控工藝設計的好壞將直接影響數(shù)控加工尺寸的尺寸精度和表面質量、加工時間的長短,、材料和人工的耗費,，甚至直接影響加工的安全性。下面通過實例對典型模具成型零件的數(shù)控加工工藝進行分析,。
一,、產品分析
本文舉例的產品為一款兒童產品的裝飾物，材料為ABS。由該產品圖(圖1)可以看出,，產品的結構比較簡單,，表面平整，側面有半圓孔,，頂部有多個圓孔,。由于該產品是裝飾品，不屬于精密的結構件,，故產品的外觀質量要求較高,，尺寸公差要求不嚴格。
二,、成型零件結構與分析
在獲得產品的實體造型或者工程圖后,，其模具可以使用Pro/ENGINEER、NX或者MasterCAM中的CAD功能進行設計,，設計出來的模具型芯如圖2所示,。
該模具型芯具有以下特點：
(1)型芯毛坯尺寸為200×170×65mm，加工后尺寸為160.8×126.6×35.8mm,，材料為S136鋼,。
(2)型芯膠位高度為35.8mm，橢圓面與三角形面相交的位置圓角偏小,，只有R1mm,。這些位置用銑刀直接加工的話難度較大，可以利用放電加工達到要求,。
由于產品的尺寸公差要求不高,，所以可以對該型芯直接使用數(shù)控機床進行精加工。
三,、工藝分析
數(shù)控加工工藝與傳統(tǒng)的加工工藝是有一定區(qū)別的,。由于數(shù)控機床大多都不具備工藝處理能力，加工過程的每一細節(jié)都必須預先確定,，加工按照編好的程序自動完成,，因此, 必須在編程前對加工工藝做詳細的分析，并設計好相應的加工工序,。
1.工藝基準選擇
數(shù)控加工多采用工序集中原則進行加工,，因此，在選擇工藝基準時,，應盡可能選擇合適的基準要素,，減少裝夾次數(shù)，提高加工效率和加工精度;同時,，選擇定位基準時,，需參照圖紙的要求,，使工藝基準與設計基準重合，減少因基準不重合帶來的誤差,。
本例中,，工件毛坯是經過磨削加工的長方體坯料，平行度,、垂直度和尺寸精度都已得到保證，因此,，可以選用長寬兩方向相對面作為水平方向(XY方向)的基準;選用底面作為高度方向(Z方向)的基準,。同時在機床上找一對刀基準，以保證換刀后仍然可以準確地找到編程的高度基準,，即工件坐標系的Z0點,。這些基準面在數(shù)控加工過程中不再加工，作為加工基準可以保證基準的準確性和前后的統(tǒng)一性,。
2.裝夾方式的選擇
銑削加工時,，工件的裝夾方式一般有采用壓板加螺栓裝夾、使用機用平口鉗裝夾和使用專用夾具裝夾等形式,。模具型芯屬于單件訂單生產,，一般不使用專用夾具;本模具型芯的尺寸為200×170×65mm，屬于小型工件,，因此,，選擇用機用平口鉗進行裝夾。
采用機用平口鉗裝夾時,，要考慮到型芯的高度為35.8mm,，因此，裝夾后毛坯頂面離平口鉗鉗口的高度應大于35.8mm,，底面可用等高墊鐵墊起,。
3.加工順序安排
在數(shù)控機床上加工的零件，一般按照工序集中的原則劃分工序,，即每道工序應包括盡可能多的加工內容,。工序劃分方法有按所用的刀具劃分、按安裝次數(shù)劃分,、按粗精加工劃分或按加工部位劃分等,。本例為模具型芯，屬于單件生產,，故在安排加工順序時以工序集中為原則,，以減少換刀次數(shù)，提高加工效率,。
加工順序安排得是否合理,，直接影響著加工質量,，加工效率和加工成本。在選擇加工順序時,，要根據毛坯情況和零件結構,，結合零件的定位基準和裝夾方法，重點需考慮保證工件在加工過程中的剛性不受破壞,，減少變形,，保證加工質量。
本模具型芯的毛坯料為長方體,，制品分型面加工切削量較大,，必須先進行粗加工，然后再經過半精加工和精加工完成,。加工完分型面后,，再按順序精加工頂面、碰穿面和膠位,。
4.刀具選用
刀具的選擇是數(shù)控加工工藝中的重要內容之一,。加工刀具不僅影響機床的加工效率，而且直接影響零件的加工質量,。由于數(shù)控機床的主軸轉速及范圍遠遠高于普通機床,，而且主軸輸出功率較大，因此與傳統(tǒng)加工方法相比,，對數(shù)控加工刀具提出了更高的要求,，要求其具有精度高、強度大,、剛性好和耐用度高等特點,，而且要求尺寸穩(wěn)定，安裝調整方便,。數(shù)控刀具是提高加工效率的先決條件之一,，它的選用取決于被加工零件的幾何形狀、材料狀態(tài),、夾具和機床選用刀具的剛性,。
本模具型芯的材料為S136鋼，硬度大概為220HB左右;毛坯裝夾采用平口鉗,，提供了足夠的剛性,。因此，本型芯的加工選用硬質合金銑刀,，刀具參數(shù)如下：
(1)直徑30mm,，半徑為5mm的圓鼻刀;
(2)直徑16mm，半徑0.5mm的圓鼻刀;
(3)半徑為5mm的球頭刀;
(4)直徑為8mm的平底立銑刀,。
四,、基于MaterCAM的數(shù)控加工工藝過程
MaterCAM軟件是基于PC平臺的CAD/CAM系統(tǒng),，由于它對硬件要求不高，并且操作靈活,、易學易用,，廣泛應用于機械加工、模具制造,、汽車工業(yè)和航天工業(yè)等領域,，具有二維幾何圖形設計、三維曲面設計,、刀具路徑模擬和加工實體模擬等功能,。本例利用MasterCAM 9.1進行刀具路徑編制。其加工順序如表1所示,。
上述加工步驟經過實際加工的驗證，證明加工效果良好,，尺寸精度和表面加工質量符合圖紙的要求,。
五、分析與小結
(1)數(shù)控機床在加工具有復雜曲面的模具成型零件中具有明顯的優(yōu)勢,，只要工藝設計合理,，可以完成80%以上的加工量。
(2)模具的數(shù)控加工一般為單件小批生產,，故通常使用通用夾具進行裝夾,，并且多為一次裝夾完成多個工序的加工，因此,，在工藝設計時,，應采用工序集中原則，讓工序盡量集中,，同時,，盡量減少換刀次數(shù)，以減少待機時間,，提高機床利用率,。
(3)模具成型零件一般可以通過粗加工→半精加工→精加工三個工序完成。在工藝設計時,，必須注意定位基準的選擇,，盡量保證定位基準與設計基準的重合，減少因基準不統(tǒng)一帶來的誤差,。同時,，定位基準的選擇應該使工件坐標系的設置變得簡單。
(4)選擇刀具時,，應根據機床,、工件材料和設計要求等諸多因素進行綜合考慮,。刀具參數(shù)的設置要根據刀具廠商提高的參數(shù)為基準，同時根據加工條件進行相應的修改,，以盡量發(fā)揮刀具的潛能,。保證刀具與工件不發(fā)生干涉的前提下，盡量縮短裝刀長度,，以減少刀具振動,，延長刀具壽命，提高加工精度,。