一、产品分析
本文举例的产品为一款儿童产品的装饰物，材料为ABS。由该产品图(图1)可以看出，产品的结构比较简单，表面平整，侧面有半圆孔，顶部有多个圆孔。由于该产品是装饰品，不属于精密的结构件，故产品的外观质量要求较高，尺寸公差要求不严格。
在获得产品的实体造型或者工程图后，其模具可以使用Pro/ENGINEER、NX或者MasterCAM中的CAD功能进行设计，设计出来的模具型芯如图2所示。
该模具型芯具有以下特点： (1)型芯毛坯尺寸为200×170×65mm，加工后尺寸为160.8×126.6×35.8mm，材料为S136钢。 (2)型芯胶位高度为35.8mm，椭圆面与三角形面相交的位置圆角偏小，只有R1mm。这些位置用铣刀直接加工的话难度较大，可以利用放电加工达到要求。 由于产品的尺寸公差要求不高，所以可以对该型芯直接使用数控机床进行精加工。 三、工艺分析 数控加工工艺与传统的加工工艺是有一定区别的。由于数控机床大多都不具备工艺处理能力，加工过程的每一细节都必须预先确定，加工按照编好的程序自动完成，因此, 必须在编程前对加工工艺做详细的分析，并设计好相应的加工工序。 1.工艺基准选择 数控加工多采用工序集中原则进行加工，因此，在选择工艺基准时，应尽可能选择合适的基准要素，减少装夹次数，提高加工效率和加工精度;同时，选择定位基准时，需参照图纸的要求，使工艺基准与设计基准重合，减少因基准不重合带来的误差。 本例中，工件毛坯是经过磨削加工的长方体坯料，平行度、垂直度和尺寸精度都已得到保证，因此，可以选用长宽两方向相对面作为水平方向(XY方向)的基准;选用底面作为高度方向(Z方向)的基准。同时在机床上找一对刀基准，以保证换刀后仍然可以准确地找到编程的高度基准，即工件坐标系的Z0点。这些基准面在数控加工过程中不再加工，作为加工基准可以保证基准的准确性和前后的统一性。 2.装夹方式的选择 铣削加工时，工件的装夹方式一般有采用压板加螺栓装夹、使用机用平口钳装夹和使用专用夹具装夹等形式。模具型芯属于单件订单生产，一般不使用专用夹具;本模具型芯的尺寸为200×170×65mm，属于小型工件，因此，选择用机用平口钳进行装夹。 采用机用平口钳装夹时，要考虑到型芯的高度为35.8mm，因此，装夹后毛坯顶面离平口钳钳口的高度应大于35.8mm，底面可用等高垫铁垫起。
3.加工顺序安排
在数控机床上加工的零件，一般按照工序集中的原则划分工序，即每道工序应包括尽可能多的加工内容。工序划分方法有按所用的刀具划分、按安装次数划分、按粗精加工划分或按加工部位划分等。本例为模具型芯，属于单件生产，故在安排加工顺序时以工序集中为原则，以减少换刀次数，提高加工效率。 加工顺序安排得是否合理，直接影响着加工质量，加工效率和加工成本。在选择加工顺序时，要根据毛坯情况和零件结构，结合零件的定位基准和装夹方法，重点需考虑保证工件在加工过程中的刚性不受破坏，减少变形，保证加工质量。 本模具型芯的毛坯料为长方体，制品分型面加工切削量较大，必须先进行粗加工，然后再经过半精加工和精加工完成。加工完分型面后，再按顺序精加工顶面、碰穿面和胶位。
刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容之一。加工刀具不仅影响机床的加工效率，而且直接影响零件的加工质量。由于数控机床的主轴转速及范围远远高于普通机床，而且主轴输出功率较大，因此与传统加工方法相比，对数控加工刀具提出了更高的要求，要求其具有精度高、强度大、刚性好和耐用度高等特点，而且要求尺寸稳定，安装调整方便。数控刀具是提高加工效率的先决条件之一，它的选用取决于被加工零件的几何形状、材料状态、夹具和机床选用刀具的刚性。 本模具型芯的材料为S136钢，硬度大概为220HB左右;毛坯装夹采用平口钳，提供了足够的刚性。因此，本型芯的加工选用硬质合金铣刀，刀具参数如下： (1)直径30mm，半径为5mm的圆鼻刀; (2)直径16mm，半径0.5mm的圆鼻刀; (3)半径为5mm的球头刀; (4)直径为8mm的平底立铣刀。 四、基于MaterCAM的数控加工工艺过程 MaterCAM软件是基于PC平台的CAD/CAM系统，由于它对硬件要求不高，并且操作灵活、易学易用，广泛应用于机械加工、模具制造、汽车工业和航天工业等领域，具有二维几何图形设计、三维曲面设计、刀具路径模拟和加工实体模拟等功能。本例利用MasterCAM 9.1进行刀具路径编制。其加工顺序如表1所示。 上述加工步骤经过实际加工的验证，证明加工效果良好，尺寸精度和表面加工质量符合图纸的要求。
五、分析与小结
(1)数控机床在加工具有复杂曲面的模具成型零件中具有明显的优势，只要工艺设计合理，可以完成80%以上的加工量。 (2)模具的数控加工一般为单件小批生产，故通常使用通用夹具进行装夹，并且多为一次装夹完成多个工序的加工，因此，在工艺设计时，应采用工序集中原则，让工序尽量集中，同时，尽量减少换刀次数，以减少待机时间，提高机床利用率。 (3)模具成型零件一般可以通过粗加工→半精加工→精加工三个工序完成。在工艺设计时，必须注意定位基准的选择，尽量保证定位基准与设计基准的重合，减少因基准不统一带来的误差。同时，定位基准的选择应该使工件坐标系的设置变得简单。 (4)选择刀具时，应根据机床、工件材料和设计要求等诸多因素进行综合考虑。刀具参数的设置要根据刀具厂商提高的参数为基准，同时根据加工条件进行相应的修改，以尽量发挥刀具的潜能。保证刀具与工件不发生干涉的前提下，尽量缩短装刀长度，以减少刀具振动，延长刀具寿命，提高加工精度。
