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教程玩转MASTERCAM1
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第一节塑胶模具的基本知识及技术应用1
第二节塑胶模具设计及加工3
第三节塑料模具CAD集成技术5
第四节CNC加工在模具加工中担当的重任9
第五节2D图如何画成3D图10
第六节线割图的整理14
第七节3D图如何拆分前后模19
第八节铜公的拆分及火花纸的要点25
第九节CNC程序单的编写33
第十节常用刀路及CNC加工参数的设定35
第十一节铜公刀路的编制37
第十二节前模刀路的编制46
第十三节后模刀路的编制58
第十四节MASTERCAM系统配置65
第十五节MASTERCAM后处理详解68
第十六节DNC-MCED-RS232接线方法71
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第一节塑胶模具的基本知识及技术应用
模具相关知识
1、引言
我们日常生产、生活中所使用到的各种工具和产品，大到机床的底座、机身外壳，小到一个胚头螺丝、纽扣以及各种家用电器的外壳，无不与模具有着密切的关系。
模具的形状决定着这些产品的外形，模具的加工质量与精度也就决定着这些产品的质量。
因为各种产品的材质、外观、规格及用途的不同，模具分为了铸造模、锻造模、压铸模、冲压模等非塑胶模具，以及塑胶模具。
近年来，随着塑料工业的飞速发展和通用与工程塑料在强度和精度等方面的不断提高，塑料制品的应用范围也在不断扩大，如：
家用电器、仪器仪表，建筑器材，汽车工业、日用五金等众多领域，塑料制品所占的比例正迅猛增加。
一个设计合理的塑料件往往能代替多个传统金属件。
工业产品和日用产品塑料化的趋势不断上升。
2、模具的一般定义：
在工业生产中，用各种压力机和装在压力机上的专用工具，通过压力把金属或非金属材料制出所需形状的零件或制品，这种专用工具统称为模具。
3、注塑过程说明：
模具是一种生产塑料制品的工具。
它由几组零件部分构成，这个组合内有成型模腔。
注塑时，模具装夹在注塑机上，熔融塑料被注入成型模腔内，并在腔内冷却定型，然后上下模分开，经由顶出系统将制品从模腔顶出离开模具，最后模具再闭合进行下一次注塑，整个注塑过程是循环进行的。
4、模具的一般分类：
可分为塑胶模具及非塑胶模具：
（1）非塑胶模具有：
铸造模、锻造模、冲压模、压铸模等。
A．铸造模——水龙头、生铁平台
B．锻造模——汽车身
C．冲压模——计算机面板
D．压铸模——超合金，汽缸体
（2）塑胶模具根据生产工艺和生产产品的不同又分为：
A．注射成型模——电视机外壳、键盘按钮（应用最普遍）
B．吹气模——饮料瓶
C．压缩成型模——电木开关、科学瓷碗碟
D．转移成型模——集成电路制品
E．挤压成型模——胶水管、塑胶袋
F．热成型模——透明成型包装外壳
G．旋转成型模——软胶洋娃娃玩具
◆注射成型是塑料加工中最普遍采用的方法。
该方法适用于全部热塑性塑料和部分热固性塑料，制得的塑料制品数量之大是其它成型方法望尘莫及的，作为注射成型加工的主要工具之一的注塑模具，在质量精度、制造周期以及注射成型过程中的生产效率等方面水平高低，直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新，同时也决定着企业在市场竞争中的反应能力和速度。
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◆注塑模具是由若干块钢板配合各种零件组成的，基本分为：
A成型装置（凹模，凸模）
B定位装置（导柱，导套）
C固定装置（工字板，码模坑）
D冷却系统（运水孔）
E恒温系统（加热管，发热线）
F流道系统（唧咀孔，流道槽，流道孔）
G顶出系统（顶针，顶棍）
5、根据浇注系统型制的不同可将模具分为三类：
（1）大水口模具：
流道及浇口在分模线上，与产品在开模时一起脱模，设计最简单，容易加工，成本较低，所以较多人采用大水口系统作业。
（2）细水口模具：
流道及浇口不在分模线上，一般直接在产品上，所以要设计多一组水口分模线，设计较为复杂，加工较困难，一般要视产品要求而选用细水口系统。
（3）热流道模具：
此类模具结构与细水口大体相同，其最大区别是流道处于一个或多个有恒温的热流道板及热唧嘴里，无冷料脱模，流道及浇口直接在产品上，所以流道不需要脱模，此系统又称为无水口系统，可节省原材料，适用于原材料较贵、制品要求较高的情况，设计及加工困难，模具成本较高。
热流道系统，又称热浇道系统，主要由热浇口套，热浇道板，温控电箱构成。
我们常见的热流道系统有单点热浇口和多点热浇口二种形式。
单点热浇口是用单一热浇口套直接把熔融塑料射入型腔，它适用单一腔单一浇口的塑料模具;多点热浇口是通过热浇道板把熔融料分枝到各分热浇口套中再进入到型腔，它适用于单腔多点入料或多腔模具.
◆热流道系统的优势
（1）无水口料，不需要后加工，使整个成型过程完全自动化，节省工作时间，提高工作效率。
（2）压力损耗小。
热浇道温度与注塑机射嘴温度相等，避免了原料在浇道内的表面冷凝现象，注射压力损耗小。
（3）水口料重复使用会使塑料性能降解，而使用热流道系统没有水口料，可减少原材料的损耗，从而降低产品成本。
在型腔中温度及压力均匀，塑件应力小，密度均匀，在较小的注射压力下，较短的成型时间内，注塑出比一般的注塑系统更好的产品。
对于透明件、薄件、大型塑件或高要求塑件更能显示其优势，而且能用较小机型生产出较大产品。
（4）热喷嘴采用标准化、系列化设计，配有各种可供选择的喷嘴头，互换性好。
独特设计加工的电加热圈，可达到加热温度均匀，使用寿命长。
热流道系统配备热流道板、温控器等，设计精巧，种类多样，使用方便，质量稳定可靠。
◆热流道系统应用的不足之处
（1）整体模具闭合高度加大，因加装热浇道板等，模具整体高度有所增加。
（2）热辐射难以控制，热浇道最大的毛病就是浇道的热量损耗，是一个需要解决的重大课题。
（3）存在热膨胀，热胀冷缩是我们设计时要考虑的问题。
（4）模具制造成本增加，热浇道系统标准配件价格较高，影响热浇道模具的普及。
◆提供热流道标准件的公司有:
DME、HASCO、HUSKY、EOC、FULLY、MASTER-TIP、INCOE等公司。
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第二节塑胶模具设计及加工
塑料模具之设计与制造,是一种高度专门化的技术范围.一个模具师在他的工作范围内要熟练的话,需要经过几年的刻苦磨练.在塑料工业开始要蓬勃发展之时,熟练模具人才之缺乏就已经是一个严重的问题.现在想要在这方面一展抱负之模具人才,依然有多数就业机会在等他.因模具是一精密昂贵的设备,同时从设计到加工完成.须数月时间.而每一套模具的设计,都要因产品的需要而作灵活运用,因此其结构上的每一细节,都须仔细考量和详加研究.假如现在我们接到一项开模通知单,将如何来展开开模动作呢?
下面我们就一起一步一步来学习:
1.一般塑模结构简介:
首先让我们来了解一下一套模具的基本结构（附模型）及作用（口述）,如下图:
模具的几个常用名词:
1.溶注口或水口（sprue）
塑料由此进入模腔内,亦称主流道.溶注口瀙套连接喷嘴与模具,已形成标准件.有些母模板较薄的模具,不须瀙套,直接在模具上钻出溶注口.
2.冷料穴（cold-slugwell）
喷嘴最前端的熔融塑料温度较低,形成冷料渣.在进料口的末端公模仁上开设洞穴,以防止冷料渣进入模腔,造成堵塞流道.减缓料流速度,产品上形成冷料痕结合线.
为了开模时从瀙套内拉出冷凝料,一般在冷料穴
末端设置拉料杆（顶针上）.
3.分流道（runne）
分流道是主流道的连接部分,是塑料流入模腔的信道,它可在压力损失最小的条件下,将主流道内的塑料以较快的速度送到浇口处,其主要类型有:
圆形.半圆形.矩形.梯形.要求分流道的表面积或侧面积与其截面积的比值为最小.
4.栅门（gates）
亦称浇口,是分流道和型腔之间连接部分,也是浇注系统的最后部分.其作用是使流道内熔融塑料以较快速度进入模腔.型腔充满后浇口能很快冷却封闭,防止型腔内未冷却料回流.其类型.位置.形状.多种多样.主要有:
盘形.扇形.环形.点状.侧进胶.直接进胶.潜伏进胶.
5.排气槽（vent）
当模具完全闭合时,模腔与浇道内充满空气.注射时必须将空气排出模具以外,否则将产生烧焦,填充不满,毛边,气泡,银线等不良.排气槽的形式,大小.深度因材料和模具结构不同而异（如上表）,其方法主要有:
分模面排气法,顶针排气法,镶件排气法,水路排气法,真空排气法.
6.顶出系统（Ejectiondevice）
是将产品从模具上脱出之装置,亦称脱模机构.是模具的重要组成部分,其形式和推出方式
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因产品形状,结构和塑料特性有关,其零件有顶针,推板,顶出块,斜梢,司筒,油缸或气缸,齿轮等,它与模仁之间是间隙配合,表面积尽可能大,设在不影响外观和功能处,注意脱模平衡.
7.模穴模仁（Moldcavity）
模穴是在模板上挖框,,以便埋入模仁,主要是节省材料和加工方便方面考虑.有些分模面断差大的模具母模侧,会不挖模穴直接在模板上加工产品部分.模仁主要指模具的产品部分,其精度,材质要求比模胚部分要高,其形状,形式对不同的模具有不同的要求,为整套模具最重要部分.
8.模具钢（MoldSteel）
一套模具外观看似乎都是一样的钢铁,其实它的各部位因要求不同必须使用不同之材质,模具钢之选择对模具寿命,加工性,精度等影响很大.模具钢材料因模具之构造塑料产品要求不同而异.选材要求主要如下:
1.采购容易
2.机械加工性优良
3.耐磨,耐腐蚀,耐热性好
4.组织细密一致,无针孔等内部缺陷
5.适合热处理变形小
6.经济,降低成本又能满足使用要求
模具与成型设备之关系
模具要生产,必须架设在相应的成型设备上才能发挥其作用.所以从广义上讲,模具也是成型机的一个组成部分.两者之间相辅相成,互为关联.在模具设计中必须了解此模具生产中适用机台之相关规格.才能设计出符合要求之模具:
1.注射机型号及生产厂商
2.最大注射量
3.最大锁模力
4.喷嘴球面半径及喷嘴孔径
5.定位孔直径
6.顶杆间距坐标
7.闭合高度（最大最小）
8.注塑机能配合的脱模方式
9.注塑机开模行程及开距
10.其它相关要求
模具设计思路
一套模具的好坏,可以说一半取决于设计.而一套模具设计的好坏,牵涉面极广,除了要求设计者有丰富的模具方面理论知识和经验外,对设计前的周详检讨与思考也同样重要:
1.了解产品图----是否具备开模条件:
脱模斜度,收缩变形,能否顶出.
2.确认产品材质----塑料材料种类繁多,确定材质以决定收缩率,了解流动性以决定注口及浇道设计.
3.模具材质----根据不同之塑料及产品要求,来正确选择模具钢,以便达到品质及模具寿命要求,这要求设计者对塑料和钢材有足够了解.
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4.成型机规格----了解夹模压力,注射容量,装模高度,定位环尺寸,喷嘴半径,托模孔位置.
5.模穴及其排列----由产品的投影面积,形状,精度,产量及效益来确定.各方面互相协调制约,多方面考虑来达到一最佳组合,并确定模胚和标准件.
6.浇道方式----热浇道,绝热浇道,无浇道,直接进胶（二板模）,间接进胶（三板模）及其它方式.
7.浇口方式----种类繁多,因需求而异,须注意浇口是否有外观要求及流动,平衡,结合线,排气等问题,.浇口型号尺寸是否足以充满整个产品.
8.分模面----为模具设计重要环节,由设计师灵活运用,须考虑产品外观,顶出方式,模具加工等
9.模仁----须考虑外观,加工方式,模具强度,脱模方式,冷却方式,流动性,排气等问题.
10.侧凹----有滑块,油（气）缸,马达,斜梢,强行脱模及其它特殊方式,此部分变化最多,最复杂之设计.
11.顶出----多种方式,顶针.扁梢.司筒.托板.滑块.二段顶出.油（气）压.注意脱模平衡,模具强度,外观,功能,冷却效果.
12.排气----对保证产品品质至关重要,利用多种形式进行排气,注意防止产品真空吸附及模具拉不开.
13.冷却----冷却对模具生产影响很大,而设计工作较繁杂,既要考虑冷却效果及冷却一致性,又要考虑冷却系统对模具整体结构的影响.
14.加工方式----所有模具设计都须确实考虑模具加工可行性,才有实用价值.否则将脱离现场模具制造经验而成为一次失败的设计.
15.模具图----按上述构思进行绘制模具图,含组立图,零件图及相关之加工用图.在绘制过程中进一步完善模具各系统之间协调,以趋完美.
16.校对审核----模具设计完成,必须协同客户及相关人员进行校对审核,以对总体结构,加工可行性及绘图过程中的疏漏作一全面检查,征求客户意见,避免因设计失误造成模具制造和使用困难,甚至报废.
模具加工常识
一套设计再好的模具,如果在加工时不能达到设计要求,将严重影响整套模具之质量和寿命.这是现场模具师的责任,也是设计者必须了解的加工可行性重点.根据模具的难易程度,我们必须选择不同的加工方法来达到加工效果,总体来说,可分为传统加工和特殊加工:
传统加工:
铣削,车削,磨削,钻削,氩焊,钳工,一般热处理等.
特殊加工:
火花放电,线切割,CNC加工,化学腐蚀,雕刻,激光,特殊热处理,表面处理电铸电镀压铸等.
模具的加工过程,要靠加工者丰富的现场经验和熟练的操作技巧及先进的设备来保证.它可以引深为另一门专业学科,对于我们设计者来说,不要求精通每一个加工过程和细节,但必须结合工厂实际,清楚每一种加工工序,充分了解加工可行性,才可在低成本下设计出符合要求之模具.避免因模具设计缺陷造成模具质量问题.
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第三节塑料模具CAD集成技术
1、引言
模具CAD集成技术是一项重要的模具先进制造技术,是一项用高技术改造模具传统技术的重要关键技术。
从六五计划开始,我国有许多模具企业采用CAD技术,特别是近年,CAD技术的应用越来越普遍和深入,大大缩短了模具设计周期,提高了制模质量和复杂模具的制造能力。
然而,由于许多企业对模具CAD集成技术认识不足,投资带有盲目性,不能很好地发挥作用,造成了很大的浪费。
本文就塑料模具CAD集成技术及其应用发表一些观点,供大家参考。
2、塑料模具CAD集成技术
塑料模具的制造,包括塑料产品的造型设计、模具的结构设计及分析、模具的数控加工（铣削、电加工、线切割等）、抛光和配试模以及快速成形制造等。
各个环节所涉及的CAD单元技术有:
造型和结构设计（CAD）、产品外形的快速反求（RE）、结构分析与优化设计（CAE）、辅助制造（CAM）、加工过程虚拟仿真（SIMULATION）、产品及模具的快速成形（RP）、辅助工艺过程（CAPP）和产品数据管理技术（PDM）等。
塑料模具CAD集成技术,就是把塑料模具制造过程所涉及的各项单元技术集成起来,统一数据库和文件传输格式,实现信息集成和数据资源共享,从而大大缩短模具的设计制造周期,提高制模质量。
3、塑料产品的CAD设计与外形的快速反求
进行塑料模具设计制造的第一步是塑件产品的设计。
传统产品设计方法是设计者对产品的三维构思用二维平面图纸表达出来,图纸上标明工艺及施工方法,这种方法决定了所设计图形的简单性及不能直接控制制造质量。
现代设计方法是设计者在电脑上直接建立产品的三维模型,根据产品三维模型进行模具结构设计及优化设计,再根据模具结构设计三维模型进行加工编程及编制工艺计划。
这种方法使产品模型设计、模具结构设计、加工编程及工艺设计都以3D数据为基础,实现数据共享,不仅能快速提高设计效率,而且能保证质量,降低成本。
电脑塑件产品模型的来源有三种:
利用CAD系统软件进行产品模型设计、利用实物测量进行快速反求建模、利用其它CAD系统的标准格式文件。
针对这三种产品模型的来源方式,目前已研究出各种技术来提高产品模型的设计效率和质量。
下面进一步分析各种技术的内涵和特点。
利用CAD系统软件进行产品模型设计,其技术主要包括二维几何图形的绘制、二维参数化图形的设计、三维实体造型设计、三维特征造型设计、三维参数化实体造型设计、三维曲面造型设计、空间自由造型设计、产品的外观渲染、产品的动态广告设计等等。
这些软件有许多典型的代表。
二维软件有:
ME10、CADKEY、AUTOCAD、DHCAD、Genis、Sigraph等;三维软件有:
UGII、PRO/E、IDEAS、CATIA、EUCLID等;产品自由造型及广告设计的软件有:
Alias、CDRS等。
二维几何图形的绘制是利用平面CAD软件绘制零件图形,即用计算机代替手工绘图;而二维参数化,即计算机实现了图形的变量设计,使修改更加方便;三维造型设计是数字化的产品的真实形状设计,它完全表达了产品,能够进一步为模具设计、分析和加工提供必要的数学模型;空间自由造型设计是产品外形的艺术设计,使产品不仅是功能产品,也是艺术品;产品的外观渲染是产品的效果设计,使产品更加美观、颜色更加能迎合人们的各种需求;产品的动态广告设计是将产品设计的结果直接制作宣传广告,进行市场推广。
利用实物测量进行快速反求建模是目前研究的热点之一,它是产品仿型基础上进行产品修改设计的重要技术。
其基本原理是通过三座标测量机、激光测量机或电子抄数仪对实物
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进行扫描测量,把测量所获得的数字化的大量数据点送入高级CAD软件的反求模块或专用的反求软件中,反求软件可直接读取点数据群,并可对点数据群进行编辑、过滤、整理、求精、排序、局部修改与重组,然后自动生成曲面,最终获得同实物精确一致的或经改造的电脑塑件产品模型。
这一方式可极大提高新产品设计速率。
目前较成熟的曲面反求建模软件有:
Surfacer,Cimatronrenge,Strim100等。
利用其它CAD系统的标准格式文件来建模,这一方式较方便。
由于市场的全球化和INTERNET网络技术的发展,模具企业的CAD技术交流和合作有许多通过CAD文件方式进行。
由于CAD系统种类较多,因此文件的格式就必须遵循国际标准,如DXF、IGES、STEP、VDA、STL等。
通过读取标准格式文件来直接建立或修改后建立产品模型,既可加快、加深用户与模具厂家的交流,也可缩短产品设计周期。
4、模具的CAD设计与分析
模具的CAD设计、分析,包括根据产品模型进行模具分型面的设计、确定型腔和型芯、模具结构的详细设计、塑料充填过程分析等几个方面。
利用先进的特征造型软件如PRO/E、UGII等很容易地确定分型面,生成上下模腔和模芯,再进行流道、浇口以及冷却水管的布置等。
确定了这些设计数据以后,再利用模具分析软件,如MOLDFLOW、CFLOW进行塑料的成形过程分析。
根据MOLDFOLW软件和它的丰富的材料、工艺数据库,通过输入成形工艺参数,可动态仿真分析塑料在注塑模腔内的注射过程流动情况（含多浇口注射时的塑料汇流纹分析）、分析温度压力变化情况、分析注塑件残余应力等,根据分析情况来检查模具结构的合理性、流动状态的合理性、产品的质量问题等。
比如是否存在浇注系统不合理,出现流道和浇口位置尺寸不当,无法平衡充满型腔;是否存在产品结构不合理或模具结构不合理,出现产品充不满（即短射现象）;是否冷却不均匀,影响生产效率和产品质量;是否存在注塑工艺不对,出现产品的翘曲变形等。
模具通过CAD设计和分析,就可以将错误消除在设计阶段,提高一次试模成功率。
在塑料模具设计和分析这一阶段应用了许多新的电脑辅助技术,如参数化技术、特征造型技术、数据库技术等。
塑料模具中有许多标准件,如标准模架、顶出机构、浇注系统、冷却系统等都可以采用基于数据库管理的参数化特征造型设计方法进行设计或建立标准件库,这样既可以实现数据共享,又可以满足用户对设计的随时修改,使模具的设计分析快速、准确、高效。
参数化特征造型不仅可以完整地描述产品的几何图形信息,而且可以获得产品的精度、材料及装配等信息,其所建立的产品模型是一种易于处理、能反映设计意图和加工特征的模型。
因此,参数化特征造型技术是模具制造过程最重要的技术之一。
5、模具的CAM技术的应用、加工仿真及制造
模具的计算机辅助制造（CAM）技术主要应用在数控铣削加工、线切割加工、电火花加工等方面。
CAM技术尤其是在复杂模具的型腔、型芯及电极的铣削加工中起着更加重要的作用。
其主要的技术特点包括:
（1）粗、精加工刀具轨迹的优化规划和NC指令的产生,
（2）刀具种类、特性和材料库的建立,（3）切削加工工艺参数的确定,（4）普通切削和高速切削加工的特性控制,（5）过切检查与加工表面的精度控制,（6）加工过程的电脑实体仿真切削,（7）电脑控制数控机床的DNC技术及群控技术的应用等等。
在CAM技术的应用中特别需要CAD三维产品模型数据。
较多的专业电脑编程软件如MASTERCAM、UNIMOD、CIMATRON等在多曲面的编程加工时对产品的曲面模型有较高的要求,如相邻曲面的U、V方向的一致性、曲面与曲面的高精度拟合、曲面斜率连续变化等。
在高级CAD/CAM一体化系统中（如UGII、PRO/E）,由于利用了参数化特征造型设计和同一数据库技术,使得产品模型数据、模具的型腔和型芯模型数据、刀具轨迹数据有着内在的联系,产品模型的修改刀具轨迹亦自动修改。
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模具加工实体仿真技术越来越成熟,也越来越受到人们的重视。
加工实体仿真是在电脑上模仿机床的加工过程,能直观反映加工的结果,能直接评估加工后零件的质量,能检查出加工的错误。
在检查加工后零件的质量时,可在电脑上对加工后的实体模型进行任意的剖切,直接测量其尺寸和精度。
因此,它能把错误消除在加工工艺编程设计阶段,减少加工后的修补和返工,大大提高模具的制造效率和质量。
6、塑料产品及其模具的快速成形制造
塑料产品及其模具用电脑CAD技术设计完成后,可通过快速成形技术来制造。
这是一种全新概念的制造技术,它摒弃了传统的机械加工方法。
其成形原理是将三维CAD实体模型离散成设定厚度的一系列片层数据,利用激光成形机或其它成形设备读取这些数据,用材料添加法技术,依次将每层堆积起来成形。
这一技术称为快速自动成形技术（RapidPrototype）。
它也是CAD集成技术的重要组成部分。
快速成形技术的作用主要在于:
制造用于设计和试验的产品模型、制造用于小批量生产的模具和小批量特殊零件的加工。
快速成形技术制造的产品模型在材质方面比传统加工方法制造的产品模型有所差别,但在外形及尺寸方面几乎完全一样,而且有一定的机械强度,可作功能性试验,同时经过表面处理,看起来与真实产品一样,可作广告宣传品。
快速成形技术制造的模具,目前主要是软材料的成形模（蜡模、环氧树脂模、硅橡胶模、低熔点合金铸造模等）和陶瓷或金属基合成材料硬型腔模。
制造硬模时可用快速成形零件作母模,先制作环氧树脂模或其它材料的软模,在软模中浇注陶瓷或石膏模,然后浇铸钢成钢模;或者在软模中浇注混合有化学粘结剂的钢粉,进行烧结成钢模。
快速成形技术制造的钢模需进一步做抛光等后加工,制成小批量生产的注塑模。
由于模具是用钢粉浇注或烧结而成,材质与普通模具钢有一定的差距,因此,寿命较短,只能做试制产品或小批量生产。
另外,快速成形技术也可以制作特殊的零件,如用冶金粉末法制作金属电极、精密铸造法制作铜电极、研模法制作石墨电极等。
快速成形技术制作模具和产品的成型设备,均是读取CAD系统产
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