塑料工业是当今世界发展最快的工业门类之一，模具CAD/CAM技术的发展对塑料工业有着重要的意义。NX和Master CAM是模具设计与加工中广泛应用的CAD/CAM软件，其中，NX软件主要用于产品设计、工程分析、绘制工程图和模具设计等，其内置的Mold wizard模块可根据产品的3D模型，进行模具结构设计，大大提高了设计效率。设计完成后可以运用Master CAM软件编制刀具路径，最后通过后置处理转换成NC程序，再传送到至数控机床进行加工。将两种软件各自的功能特点配合使用，可以有效提高注塑模设计及数控加工的质量和效率。
1 基于NX/Mold wizard的注塑模具设计
1.1 塑件工艺性分析
塑件为某液晶显示(LCD)产品外盒，三维结构如图1所示，材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，厚度2mm，大批量生产，要求造型美观，同时能保护内部电器系统免受破坏，质量轻，力学性能良好，耐冲击，耐磨损。根据塑件的结构工艺性、模具结构、注射工艺条件及塑料性能等因素，采用侧浇口的浇注系统，以方便塑件的后续处理。为了满足批量生产以及生产工艺等要求，模具采用一模两腔的型腔布局。考虑到塑件内壁侧槽的成型，决定采用三板式内侧向分型抽芯机构。塑件的内表面结构较复杂且横截面较大，因此，采用多顶杆顶出机构一次顶出。
1.2 模具设计准备过程
在NX的注塑模向导模块下，利用“项目初始化”命令将LCD盒的三维模型加载到NX工作环境中，初选材料为“NULL”，收缩率为1.000，系统经过自动计算并调入模型。然后设置模具坐标系，用于塑件的重新定位，以便将其放置在模具装配的正确位置上。移动及旋转塑件坐标系，使之调整到与模具坐标系相同的位置，开模方向为z轴的正方向，同时也是顶出方向，锁定模具坐标系，完成模具坐标系的设置。设置工件（型芯和型腔的镶块体），根据塑件外形最大尺寸(X=85，Y=144，Z_down=-5.4，Z_up=10.6)和模具壁厚来完成工件设置，工件的“X向长度”设置为“135”，“Y向长度”设置为“195”，“Z向上移”设置为“30”，“Z向下移”设置为“35”，完成工件设置。
1.3 分型设计
分型设计包括分型线设计，分型面设计、创建模具的型芯和型腔等步骤。其中，分型面设计的优劣直接影响模具结构、模具寿命、操作的可靠性等，是模具设计中重要的一步。
1.3.1 修补创建分型线
对LCD盒的通孔进行修补，并进行修剪，合并到LCD盒中。分型线可采用自动或手动两种方式完成。使用“分型线管理器”，自动完成分型线的搜索，创建分型线。
1.3.2 创建分型面
Mold wizard提供的创建分型面的方式有拉伸、扫描、有界曲面等．根据工件的特征选择有界曲面，所创建的分型。
1.3.3 创建型芯与型腔
分型面创建完后，采用自动修补功能，完成修补的补片面，再采用“抽取区域”功能，必须保证提取面的总数等于型腔面和型芯面的个数总和。
1.4 后续处理工作
型芯和型腔是模具的成型零件，一套完整的注塑模具还需要模架做支撑，需要浇注系统将塑料熔体注射到模具型腔，顶出机构将塑件顶出模具型腔，冷却系统实现塑件的快速凝固成型，其所有零件可以通过调用模架和标准件来实现。本模具设计包括添加模架、标准件、浇注系统、冷却系统设计、侧向分型抽芯机构、顶出机构设计等，其中内侧向分型抽芯机构是本模具设计的难点。
2 基于Master CAM环境的数控加工
2.1 NX和Master CAM之间的数据转换
模具设计完成后，将模具型腔文件转换为STP格式文件，然后将其导入Master CAM系统进行加工。由于各软件坐标系的默认方向不尽相同，所以文件转入后常需要对模型的坐标进行处理。
2.2 加工工艺分析和实体加工
模具型腔加工主要包括毛坯工件的选择，加工区域的确定、工艺路线的拟定、加工刀具的选择、加工方式、走刀路线和切削用量的确定以及加工仿真。根据型腔结构特点，先用普通机床完成毛坯加工，然后用曲面挖槽进行粗加工去除大部分余料，为了保证模具精度，对不同部位分别用等高外形、曲面流线、外形铣削进行半精加工、精加工，并编制相应的加工工艺。
2.2.1 曲面挖槽粗加工
曲面挖槽加工的特点是分层清除曲面与加工范围之间的所有材料，加工完毕的工件表面呈梯田状。刀路计算时间短，刀具切削负荷均匀，加工效率高。因毛坯外形首先在通用机床上加工好，模具的分型面为平面，首先选取φ12mm、R0.8mm镶方硬质合金刀片的圆鼻刀，转速2000r/min，进给速度1200mm/min。用3D曲面切槽刀路对型腔曲面粗加工，同其他粗加工刀路加工效率相比，其常作为粗加工第一步首选方案。
2.2.2 等高外形半精加工
粗加工选用刀具的刀粒直径较大，在型腔留下了较大的加工余量。选取φ6mm平底合金刀，转速3000r/min，进给速度1200mm/min，用等高外形刀路继续对型腔曲面半精加工。等高外形加工是刀具沿曲面等高曲线加工，常用平底刀加工完毕后，工件表面呈梯田状，曲面平坦效果不佳。在曲面粗加工和精加工类型中都有此选项。
根据型腔曲面的精度要求，继续选用φ3mm平底合金刀，转速5000r/min，进给速度1200mm/mm，等高外形刀路继续对型腔曲面半精加工。
2.2.3 精加工
2.2.3.1 外形铣削和曲面挖槽粗加工
型腔表面为工作表面，表面精度直接决定塑件的外形表面的精度，因此选用φ6mm平刀，加工余量为0，转速3000r/min，进给速度300mm/min，对型腔表面进行外形铣削精加工和曲面槽的加工。
2.2.3.2 曲面流线加
刀具选用φ3mm球刀，用曲面流线加工的方式对型腔表面凹槽进行精加工，加工余量为0，转速6000r/min，进给速度1200mm/min。
2.2.3.3 曲面等高外形精加工
凹模的四周曲面比较陡，需对其残料进行精加工，提高加工质量，满足产品性能要求。选取φ3mm球刀，加工余量为0，转速6000r/min，进给速度1200mm/min，用曲面精加工等高外形加工刀路对型腔底部进行精加工，来实现曲面光刀及清角（清除残料）。
2.2.3.4 外形铣削加工
刀具选用φ3mm平刀，加工余量为0，转速6000r/min，进给速度300mm/min，用2D外形加工刀路对型腔内的凸台进行精加工，图12为外形铣削精加工刀具轨迹。
3 后处理和数控程序生产
对于不确定的加工程序进行模拟仿真，可以确保程序的安全性、完整性和合理性。当检查确定无误之后，系统同时产生了NCI文件，而要得到具体的数控程序，需要进行后置处理，也就是将生成的加工程序或刀具轨迹进行处理以得到机床能识别的标准代码文件。虽然每台机床的控制系统对程序格式和指令都有不同的要求，但只要将用户机床的数据文件和刀位轨迹原文件结合在一起，经自动处理后即可生成该机床的NC加工代码。
4 结论
NX和Master CAM相结合的模具设计与加工是模具CAD/CAM发展的趋势，可以缩短模具设计与制造周期，提高生产效率，对提高市场响应速度，增强企业竞争力有非常重要的意义。
(审核编辑: 智汇胡妮)
