隨著計算機技術的不斷發展，模具數字化設計與制造技術逐漸普及，國際出現了多種CAD/CAM 軟件，且各具特色。Pro/Engineet(簡稱Pro/E)是美國參數技術公司(PTC)推出的新一代基于特征、具有全相關數據庫的CAD/CAM參數化軟件，利用它可以進行零件設計、裝配、模具設計、分析計算、動態模擬仿真等。造型能力強，兼容性好，因而在模具行業中應用非常廣泛。

　　MasterCAM 軟件是由美國CNC Software公司推出的一種基于PC機平臺的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用戶，被廣泛應用于機械、航空、造船、模具等領域。然而MasterCAM的設計(CAD) 功能相對薄弱，在進行復雜曲面造型時才比較困難，而這正是Pro/Engineer的優勢所在，因此利用Pro/Engineer進行模具設計，結合MasterCAM進行數控加工，就成為當前模具企業優先選擇的CAD/CAM 方式。

　　下面以手機蓋模具為例，介紹野火版Pro/Engineer結合MasterCAM9.0在模具設計和加工方面的應用。

　　1 基于Pro/Engineer的模具設計

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

　　1.1 原始設計模型

　　模具設計時必須要建立一個設計模型，即模具制造的產品原型，設計模型需要在Pro/Engineer零件模塊中進行三維造型，一般通過拉伸、切除、拔模、圓角、抽殼等特征造型方法創建。例如創建圖1所示的手機上蓋模型。

　　圖1 手機蓋模型

　　1.2 創建模具模型

　　創建模具模型時，文件類型選擇制造(Manufacturing)，子類型選擇模具型腔(Mold Cavity)。然后將原設計模型裝配至模具模綱中，使之成為模具設計的參照模型。最后加入已設計好工件(Workpiece) 或利用Pro/Moldesign提供的工具自動在模具中創建，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計要求。如果不符合，應進行相應修改。圖2為手機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 設置收縮率

　　由于溫度和壓力的變化，鑄件從模具中取出后會產生收縮現象，為了補償鑄件體積收縮的偏差，Pro/Engineer 提供了收縮率(Shrinkage) 功能。設計人員通過設置適當的收縮率來放大參考模型，以便獲得正確尺寸的鑄件，此處手機蓋參照模型的收縮率設置為0.5% 。

　　1.5 創建模具分型面

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

　　圖3 分型面

　　1.6 創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。通常運用分割(Split) 菜單下的兩個體積塊(Two Volumes)命令來將工件拆分成各個體積塊，即所謂的拆模。體積塊是沒有質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體材料，使之轉換成實際的模具元件，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大的Pro/Engineer零件，可供Pro/NC 模塊(Pro/Engineer 的加工模塊)調用或轉換到其他軟件中進行數控加工。

　　1.8 鑄模仿真

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

　　1.9 開模仿真

　　通過開模仿真對模具各機購進行干涉檢查，以確認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的模具數控加工

　　MasterCAM 卓越的數控加工能力是業界普遍認同的，它集造型、加工、仿真模擬、數控編輯等功能于一身，具有良好的數據交換接口，支持IGES、STEP、VDA、DXF、DWG、Parasolid、PROE等數據格式，由于手機凸模比凹模形狀復雜，加工過程細節也較多，故此處只考慮對凸模進行加工模擬和CAM編程。操作流程如下。

　　2.1 輸入模型數據

　　打開MasterCAM9.0，進入Mill模塊，選擇File/Converters/ProE/Read file，接著選取保存的手機蓋凸模文件，完成數據輸入。考慮到這兩種軟件坐標系不同，需要對模型的坐標系進行處理，一般在Xform模塊下，進行相關轉換即可解決問題。圖5為轉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

　　選擇合理的數控加工方法，生成加工軌跡是數控編程的關鍵。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)和環繞等距加工(Scallop)等多種曲面租、精加工方法。根據手機蓋凸模外形特點，應采用挖槽粗加工、平行精加工和淺平商精加工相結合的方式來編制程序。此外，手機凸模上還有許多按紐小凸臺，這些小凸臺間隙較小，只能使用小直徑刀具進行加工，因此，需要增加交線清角精加工。整個刀具路徑設置過程如下。

　　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硬質合金圓鼻刀進行粗加工，切除凸模上大部分材料，進給速度400 mm/min，下刀速度200mm/min，抬刀速度1000 mm/min，主軸轉速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，為了保證模具表面加工質量，選取φ5mm圓鼻刀進行平行精加工，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°，進給速度800 mm/min，下刀速度500mm/min，抬刀速度1500 mm/min，主軸轉速3200r/min，切削最大步距0.1 mm，余量為0。

　　2.2.3 淺平面精加工

　　由于凸模平坦區域面積較大，為提高該區域曲面加工質量，選用φ3mm球刀，進給速度1ZOOmm/min，下刀速度600 mm/min，抬刀速度2000 mm/min，主軸轉速4200 r/min，切削最大步距0.1 mm，對凸模頂部平坦區域的殘料進行精加工，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，進給速度500 mm/min，下刀速度300 mm/min，抬刀速度600 mm/min，主軸轉速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、是否有過切現象，如果出現類似情況，需重新編輯加工軌跡，直到滿意為止。仿真結果如圖7所示。

　　圖7 模具加工仿真效果圖

　　2.4 生成數控加工代碼

　　利用MastcrCAM9.0后置處理模塊，選用機床對應數控系統的后置處理程序來牛成數控程序。例如當數控系統為FANUC時，應選用MPFAN. PST文件，則MasterCAM9.0將生成適合該機床運行的數控程序。

　　3 結束語

　　使用Pro/Engineer 可以準確創建模具分型面，合理拆分凸、凹模，快速生成成型零件，其模具設計效率明顯優于傳統設計方法。而MasterCAM具有簡單易學、功能齊全、所生數控程序質量好的特點。采用Pro/Engineer與MasterCAM相結合進行模具設計與加工的方法，可以有效縮短模具研發周期，提高市場響應速度，增強企業競爭力，是當前模具企業優先選擇的一種CAD/CAM方式。