隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，模具數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)逐漸普及，國際出現(xiàn)了多種CAD/CAM 軟件，且各具特色。Pro/Engineet(簡稱Pro/E)是美國參數(shù)技術(shù)公司(PTC)推出的新一代基于特征、具有全相關(guān)數(shù)據(jù)庫的CAD/CAM參數(shù)化軟件，利用它可以進(jìn)行零件設(shè)計(jì)、裝配、模具設(shè)計(jì)、分析計(jì)算、動(dòng)態(tài)模擬仿真等。造型能力強(qiáng)，兼容性好，因而在模具行業(yè)中應(yīng)用非常廣泛。

　　MasterCAM 軟件是由美國CNC Software公司推出的一種基于PC機(jī)平臺(tái)的CAD/CAM軟件，由于其卓越的加工功能，在世界上擁有眾多的忠實(shí)用戶，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、航空、造船、模具等領(lǐng)域。然而MasterCAM的設(shè)計(jì)(CAD) 功能相對薄弱，在進(jìn)行復(fù)雜曲面造型時(shí)才比較困難，而這正是Pro/Engineer的優(yōu)勢所在，因此利用Pro/Engineer進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，結(jié)合MasterCAM進(jìn)行數(shù)控加工，就成為當(dāng)前模具企業(yè)優(yōu)先選擇的CAD/CAM 方式。

　　下面以手機(jī)蓋模具為例，介紹野火版Pro/Engineer結(jié)合MasterCAM9.0在模具設(shè)計(jì)和加工方面的應(yīng)用。

　　1 基于Pro/Engineer的模具設(shè)計(jì)

　　在野火版Pro/Engineer中有一個(gè)Pro/MoldDesign模塊，該模塊是Pro/Engineer的模具設(shè)計(jì)與分析模塊，利用該模塊，設(shè)計(jì)者可以快速、高效的完成各種模具的設(shè)計(jì)與分析工作。下面介紹利用Pro/MoldDesigs設(shè)計(jì)模具的一般流程。

　　1.1 原始設(shè)計(jì)模型

　　模具設(shè)計(jì)時(shí)必須要建立一個(gè)設(shè)計(jì)模型，即模具制造的產(chǎn)品原型，設(shè)計(jì)模型需要在Pro/Engineer零件模塊中進(jìn)行三維造型，一般通過拉伸、切除、拔模、圓角、抽殼等特征造型方法創(chuàng)建。例如創(chuàng)建圖1所示的手機(jī)上蓋模型。

　　圖1 手機(jī)蓋模型

　　1.2 創(chuàng)建模具模型

　　創(chuàng)建模具模型時(shí)，文件類型選擇制造(Manufacturing)，子類型選擇模具型腔(Mold Cavity)。然后將原設(shè)計(jì)模型裝配至模具模綱中，使之成為模具設(shè)計(jì)的參照模型。最后加入已設(shè)計(jì)好工件(Workpiece) 或利用Pro/Moldesign提供的工具自動(dòng)在模具中創(chuàng)建，這里工件可以理解為模具的毛坯。

　　1.3 分析模型

　　用Pro/Engineer的分析功能分析模型的拔模斜度、厚度等幾何特征，以判斷這些特征是否符合設(shè)計(jì)要求。如果不符合，應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)修改。圖2為手機(jī)蓋參照模型拔模檢測(Draft Check) 效果圖。

　　圖2 模型拔模檢測效果圖

　　1.4 設(shè)置收縮率

　　由于溫度和壓力的變化，鑄件從模具中取出后會(huì)產(chǎn)生收縮現(xiàn)象，為了補(bǔ)償鑄件體積收縮的偏差，Pro/Engineer 提供了收縮率(Shrinkage) 功能。設(shè)計(jì)人員通過設(shè)置適當(dāng)?shù)氖湛s率來放大參考模型，以便獲得正確尺寸的鑄件，此處手機(jī)蓋參照模型的收縮率設(shè)置為0.5% 。

　　1.5 創(chuàng)建模具分型面

　　模具中用來分割參照模型的曲面為分型面，分型面的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到成型零件的尺寸精度、表面質(zhì)量、飛邊大小、脫模難易和創(chuàng)造成本，其影響因素復(fù)雜，Pro/Engineer 中分型面的創(chuàng)建有多種方法，對于手機(jī)蓋參照模型，采用裙邊(Skirt)的創(chuàng)建分型面相對簡單，首先生成參照模型的側(cè)面影像曲線(Silhouette)，再利用該曲線創(chuàng)建分型面。圖3 所示為手機(jī)蓋分型面。

　　圖3 分型面

　　1.6 創(chuàng)建模具元件的體積塊

　　利用分型面將工件拆分成型腔、型芯體積塊。通常運(yùn)用分割(Split) 菜單下的兩個(gè)體積塊(Two Volumes)命令來將工件拆分成各個(gè)體積塊，即所謂的拆模。體積塊是沒有質(zhì)量的三維封閉曲面組，并不是模具元件。

　　1.7 抽取模具元件

　　通過向體積塊中填充實(shí)體材料，使之轉(zhuǎn)換成實(shí)際的模具元件，此即所謂的抽取模具元件。完成抽取后，模具元件就成為功能強(qiáng)大的Pro/Engineer零件，可供Pro/NC 模塊(Pro/Engineer 的加工模塊)調(diào)用或轉(zhuǎn)換到其他軟件中進(jìn)行數(shù)控加工。

　　1.8 鑄模仿真

　　Pro/Engineer在完成模具元件抽取后，可自動(dòng)將熔融材料通過澆口注入模具型腔，產(chǎn)生澆注件。

　　1.9 開模仿真

　　通過開模仿真對模具各機(jī)購進(jìn)行干涉檢查，以確認(rèn)模具是否能正常開啟。開模仿真如圖4所示。

　　圖4 模具開模仿真

　　2 基于MasterCAM的模具數(shù)控加工

　　MasterCAM 卓越的數(shù)控加工能力是業(yè)界普遍認(rèn)同的，它集造型、加工、仿真模擬、數(shù)控編輯等功能于一身，具有良好的數(shù)據(jù)交換接口，支持IGES、STEP、VDA、DXF、DWG、Parasolid、PROE等數(shù)據(jù)格式，由于手機(jī)凸模比凹模形狀復(fù)雜，加工過程細(xì)節(jié)也較多，故此處只考慮對凸模進(jìn)行加工模擬和CAM編程。操作流程如下。

　　2.1 輸入模型數(shù)據(jù)

　　打開MasterCAM9.0，進(jìn)入Mill模塊，選擇File/Converters/ProE/Read file，接著選取保存的手機(jī)蓋凸模文件，完成數(shù)據(jù)輸入。考慮到這兩種軟件坐標(biāo)系不同，需要對模型的坐標(biāo)系進(jìn)行處理，一般在Xform模塊下，進(jìn)行相關(guān)轉(zhuǎn)換即可解決問題。圖5為轉(zhuǎn)換后的加工模型效果圖。

　　圖5 加工模型效果圖

　　2.2 生成加工軌跡

　　選擇合理的數(shù)控加工方法，生成加工軌跡是數(shù)控編程的關(guān)鍵。MasterCAM提供了平行加(Parallel)，放射狀加工(Radial)，投影加工(Project)，曲面流線加工(Flowline)，殘料加工(Restmill)，淺平面加工(Shallow)，交線清角加工(Pencil)等高外形加工(Contour)，挖槽加工(Pocket)和環(huán)繞等距加工(Scallop)等多種曲面租、精加工方法。根據(jù)手機(jī)蓋凸模外形特點(diǎn)，應(yīng)采用挖槽粗加工、平行精加工和淺平商精加工相結(jié)合的方式來編制程序。此外，手機(jī)凸模上還有許多按紐小凸臺(tái)，這些小凸臺(tái)間隙較小，只能使用小直徑刀具進(jìn)行加工，因此，需要增加交線清角精加工。整個(gè)刀具路徑設(shè)置過程如下。

　　2.2.1 曲面挖糟粗加工

　　由于模具加工材料為較硬的鋼材，所以選用φ14 mm硬質(zhì)合金圓鼻刀進(jìn)行粗加工，切除凸模上大部分材料，進(jìn)給速度400 mm/min，下刀速度200mm/min，抬刀速度1000 mm/min，主軸轉(zhuǎn)速2000 r/min，Z 向最大步距0.5 mm，余量為0.4 mm。

　　2.2.2 平行精加工

　　考慮到凸摸上有許多小凸臺(tái)，為了保證模具表面加工質(zhì)量，選取φ5mm圓鼻刀進(jìn)行平行精加工，刀具在與切削路徑垂直的方向上，有微量殘料未去除，因此，需要采用兩次平行切削，切削角度分別為0°和90°，進(jìn)給速度800 mm/min，下刀速度500mm/min，抬刀速度1500 mm/min，主軸轉(zhuǎn)速3200r/min，切削最大步距0.1 mm，余量為0。

　　2.2.3 淺平面精加工

　　由于凸模平坦區(qū)域面積較大，為提高該區(qū)域曲面加工質(zhì)量，選用φ3mm球刀，進(jìn)給速度1ZOOmm/min，下刀速度600 mm/min，抬刀速度2000 mm/min，主軸轉(zhuǎn)速4200 r/min，切削最大步距0.1 mm，對凸模頂部平坦區(qū)域的殘料進(jìn)行精加工，余量為0。

　　2.2.4 交線清角精加工

　　選用φ3 mm 平刀，清除凸模各交線交角部分的加工余量，進(jìn)給速度500 mm/min，下刀速度300 mm/min，抬刀速度600 mm/min，主軸轉(zhuǎn)速4000 r/min。最終的加工軌跡如圖6所示。

　　圖6 加工軌跡效果圖

　　2.3 模擬仿真加工

　　對MasterCAM9.0生成的加工軌跡進(jìn)行模擬仿真，檢查生成的加工軌跡是否合理、加工表面是否光滑、是否有過切現(xiàn)象，如果出現(xiàn)類似情況，需重新編輯加工軌跡，直到滿意為止。仿真結(jié)果如圖7所示。

　　圖7 模具加工仿真效果圖

　　2.4 生成數(shù)控加工代碼

　　利用MastcrCAM9.0后置處理模塊，選用機(jī)床對應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)的后置處理程序來牛成數(shù)控程序。例如當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)為FANUC時(shí)，應(yīng)選用MPFAN. PST文件，則MasterCAM9.0將生成適合該機(jī)床運(yùn)行的數(shù)控程序。

　　3 結(jié)束語

　　使用Pro/Engineer 可以準(zhǔn)確創(chuàng)建模具分型面，合理拆分凸、凹模，快速生成成型零件，其模具設(shè)計(jì)效率明顯優(yōu)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。而MasterCAM具有簡單易學(xué)、功能齊全、所生數(shù)控程序質(zhì)量好的特點(diǎn)。采用Pro/Engineer與MasterCAM相結(jié)合進(jìn)行模具設(shè)計(jì)與加工的方法，可以有效縮短模具研發(fā)周期，提高市場響應(yīng)速度，增強(qiáng)企業(yè)競爭力，是當(dāng)前模具企業(yè)優(yōu)先選擇的一種CAD/CAM方式。