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摘要：本文以模具的型腔为例，重点通过UG cam软件的介绍，优化数控加工工艺，旨在提高模具的加工效率和加工质量，减少人的手工计算，并通过减少加工中出错的概率，避免生产中不必要的损失。
关键词：模具型腔；UG CAM软件；加工工艺
引言：随着时代的发展，数控加工中心已经被广泛应用于模具行业，其中以UG，Mastercam， Cimatrion所代表的软件编程也越发为大家所熟悉。但目前即使是最先进的数控编程软件，也需要技术人员制定工艺，选择合适的刀具和切削参数等。因此数控机床加工的效率和质量很大程度上是取决在工艺编程人员的水平的高低。同时模具的几何形状也是千变万化的，但其构成特征的种类却是有限的。通过分析和对比，我们在实践过程中总是可以用相对应的铣削方法来达到我们所要求的目标，而计算机编程比手工编程更加准确和高效，避免了加工过程中人为的错误，也因为这样，使计算机编程更加普及。
一、背景介绍：
（一）模具制造的基本要求和特点：
为了保证产品的质量，我们通常的做法有两种：第一种是设计模具时的合理性，第二种是采用先进的模具制造技术。（本文主要是对后者进行介绍）
1、关于模具制造的要求：（相对比一般机械加工）
制造精度高：为了能生产出合格的产品和发挥模具的效能，在制造模具时必须具有高精度。在通常情况下，模具的精度比它所制造的产品高出2-4个精度等级。
使用寿命长：模具由于是比较昂贵的工艺设备，其制造成本约占产品总成本的20-30%，因此其寿命的长短直接影响生产成本乃至于该公司的效益。
制造周期短：随着产品更新速度的不断缩短，在此影响下，生产产品的制造商也越发想尽快地拿出产品交付客户。在此大背景下，对于模具制造的周期不断地被压缩，在保证质量的前提下，如何缩短模具的制造周期已经成为每个模具生产商家刻不容缓的问题。
模具制造收益持续走低：由于模具行业的竞争越发激烈，模具越来越不赚钱已经成为普遍的共识。根据实际情况，提出模具结构，模具材料，降本增效已越来越受重视了。
2、关于模具制造的特点：（相对比一般机械加工）
制造质量高：模具制造不仅要求加工的精度高，而且还要求加工表面的质量好。一般说来，有效的工作面制造公差都在0.02mm以内，表面粗糙度不得大于Ra 0.8且不得有任何的磕碰伤
形状复杂：以铸件为例，模具的型腔一般都是三维复杂曲面
材料硬度高：模具材料一般采用淬火工具钢或是硬质合金钢
单件生产：模具制造一般是单件的，设计和制造周期相对较长
（二）数控编程的应用
依据上述模具加工的特点和要求，数控机床得到了广泛模具商家的应用。尤其以镗、铣类加工中心为代表。目前普遍的加工中心通常把镗、铣、铰、攻螺纹等工序集中在一台机床上，粗精加工兼容。由于采取一次定位和一次装夹，加工质量和效率显著提高。而且随着时代的发展，目前车铣中心，磨削中心，齿轮加工中心和各种复合加工中心相继诞生。在进入21世纪后，随着电脑的大规模普及应用，CNC联系加工编程软件也越发密切。CAD/CAM 技术所体现的效果也越发明显了，其表现的效果是减轻了模具的开发周期和工艺编程人员的劳动强度。
（三）结合UG cam软件编程对模具加工进行优化
相对比过去的手工编程，机器编程就是用专用的语言和符号来描述零件图纸上的几何形状及刀具相对零件运动的轨迹、顺序和其他的工艺参数。最后通过软件的后处理程序提供加工代码给数控机床达到我们所以加工产品的目的。
（四）UG4.0软件所提供的加工功能分布表：
1、二维平面铣削（Planar mill）
2、等高轮廓铣（Z-Level profile）和外形轮廓铣（Cavity mill）
3、曲面轮廓铣刀（fix-contour）
（五）UG4.0软件加工步骤：
根据通常的经验，在UG环境下进行数控加工，一般步骤为：输入cad模型、输入刀具类型、输入刀具参数、给定切削加工参数、给定进给量和主轴转速等。为了保证加工的精度，将加工的过程分为粗、半精加工、精加工三步。分别选择合适的刀具。粗精加工得综合考虑加工的背刀量、切削余量、主轴转速和进给，为的是节约加工时间和提高劳动效率。
二、UG的编程
以我单位目前的模具型腔为例，结合UG软件编程演示如下
（一）首先模型导入：
导入后的模型由于是加工完成后的状态，所以第一步我们得建立毛坯。结果如下图所示：
（二）数控加工的刀具的选择：
根据数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般首选通用刀具、通用连接刀柄，其次选用专用刀具加工。刀柄要连接刀具并装在机床动力头上。而加工刀具所用的材料应适合加工材料和加工精度的要求，一般可分为高速钢刀具、硬质合金刀具、金刚石刀具和其他的刀具比如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等等。
在型腔铣削中刀具的选择和加工的特性相对应。零件周边轮廓的铣削时，通常采用整体式的铣刀；零件平面轮廓铣削时，应选择硬质合金镶嵌刀片铣刀；加工凸台，凹槽时选用立铣刀为宜；而针对带有立体型面或者曲面外形轮廓的铣削通常采用牛鼻刀（R角刀）或者球刀。
（三）数控加工铣削参数的选择：
合理选择切削的原则是：粗加工时，一般是以加工效率为主，但也得综合考虑加工的成本和经济性；精加工时，首先保证的产品的加工质量，兼顾加工的经济性。
主要切削参数如下：
1、切削深度ap
2、切削宽度ae： 一般ae与刀具的直径d成正比，与切削深度成反比，经济型数控加工中，一般ae的取值范围为ae=（0.6-0.9）d 。切削深度直接影响刀具的寿命，不合适的参数选择，容易产生崩刀和加工机床主轴的损伤。 3、切削速度Ve、主轴转速和进给量的设定：以上三者需根据加工材料的属性及刀具的选择和加工机床的切削参数综合设定。
采用的公式如下：
（主轴转速一般根据切削速度Ve来确定： （d：刀具或工件直径；进给量公式： （其中f是每齿进给量mm/r、z是铣刀刃数、S是机床转速）
4、顺铣和逆铣
（四）举例说明
举例来说，下图为我单位一套模具型腔，现根据模具加工的特点，编制如下的数控加工程序：
（一）UG软件的应用
针对UG该款软件的特点，我们可以在粗加工和精加工中以不同地走刀方式来控制我们所要加工零件的精度。
1、开粗
在粗加工中主要的目的是快速、高效地切除余料，对刀位轨迹的要求尽可能大些，对于下刀的深度也是越多越好，通常采用逆铣的方式，这样刀具可以承受更大的切向力，在UG中我们通常选用cavity mill外形轮廓来进行加工的开粗。针对开粗的特点，我们在走刀方式中，一般选用螺旋走刀方式，这样走刀的特点是加工后的余量比较均匀，但相对来讲，对于刀具的磨损也比较大。有时我们也会在开粗前对毛坯的上表面都进行光刀，目的是保证对刀时的准确性和加工余量的均匀（通常选取平行走刀的方式）。在采用Zig-Zig平行走刀方式时，刀轨可以的路径是最短的，节省时间。
通常我们在模具的第一次开粗后，会再次选择模具的开粗。其原因主要是由于第一次开粗时所选用的刀具直径还是比较大的（余量切削量大，大刀具可以有更好的刚性），但往往切削后的余量分布不均匀，导致在半精加工或精加工的过程中，对精加工刀具产生影响（在切削中容易崩刀和刀具的过度磨损）。在针对UG这款软件中的应用时，由于我们已经对第一次粗加工进行了设定，所以我们也没必要再走一次粗加工的刀路，只需要对余量比较大的部位进行二次开粗。在刀具的选择上我们可以以第一次开粗的刀具作为参考刀具使用，这样也就避免了，加工时间的浪费。
2、半精加工
导流槽由于是模具加工中的重中之重，对于零件的成型过程也有重要的影响，如稍有误差，则最直接的会导致模具的飞边。因此必须对其局部进行精加工。由于开粗后的余量分布不均匀，我们在对局部范围进行半精加工时，通常采取分层加工即加工循环的次数，同时针对槽的底部的R角，我们也采用不同规格的球刀。同时在加工的方法中，我们通常配合螺旋式进刀的方式，对侧壁进行曲面区域铣削。
3、精加工
对侧壁和曲面的铣削，我们得配合使用Z-level和曲面的区域铣削相结合，通过倾斜角度的设定，相互弥补，通常，我们会采取60°为一个界限，60°以上的区域我们通常采取Z-level清壁铣削，而60°以下的区域我们通常采用曲面的区域铣削。（下图中画圈处为倾斜角）
Z-level 等高轮廓铣 曲面铣削
4、对于在模具中的一些微小细节的处理：（略）
（1）清角处理：通常采用小直径的球刀或平底刀（如￠1或￠2），并配以高速，目的是达到一定的粗糙度，避免在模具后期钳工的二次抛光。
（2）钻孔：由于目前很多的加工中心自带刀库，所以我们现在也就无需拆除零件，只需要程序中添加钻孔程序就可以在一次加工中完成。
（3）刻字和其他等等，我们只需要做些细小的处理就可以完成整套模具的加工
（二）心得体会：
由于目前加工中心的日渐普及，零件的加工精度也在不断地提升。与传统的加工形成鲜明的对照，首先它避免了多次装夹和对刀所带来的人为误差，其次在加工中心中由于采用高速切削，模具表面的光洁度也显著提升，这无疑给模具的脱膜效果和产品的表面质量带来提升，再次是对于曲面的加工，在以往的加工中曲面造型只能靠样本进行仿形加工，有了加工中心后可以按照数模直接转换，避免了人力资源的浪费节省了不必要的其余辅助程序，大大提高加工效率。
通过日常加工经验的积累，往往刀具直径越小的铣刀，往往意味着强度越差，加工的深度也越浅。同时往往伴随着材料的变化，机床的转速、进给量和切削深度也是不同的。经过经验的获得，我们制作了下表，以供大家参考。
铣刀加工工艺参数表
备注：S=主轴转速、F=切削进给、粗=粗铣、精=精铣
四、结论
在推行模具的数控自动化加工中，我们对NC程序的工艺合理性、安全可靠性、经济高效性提出了严格的要求。针对UG这款大家比较熟悉的编程软件，我们做了如上加工技巧的演示。目的是力求达到数控编程与加工工艺的相结合，在保证模具质量的前提下，尽可能达到自动化的效果。在目前日益竞争的环境下，降低劳动成本，提高机床的利用率，提高模具的加工精度是众多企业追求的目标。在2014年我公司从美国进口了四台哈斯加工中心（全部带上刀库），在提升设备的同时也对我们工程技术人员提出了更高的要求，相信通过我们的努力，现在的变换会对企业的效益产生更重大的作用。
参考文献：
[1] 王立民 贾凤瑞 金属加工，《UG等高铣在结构面加工中的应用》ISSN：1674-1641 ，2012-8
[2] 王秀平 金属加工，《镗削加工用刀具的设计与应》，ISSN：1674-1641， 2012-8
[3] 王华侨 金属加工，《数控刀具在模具工业中的应用解决方案》，ISSN：1674-1641， 2012-8
[4] 梁炳文 《机械加工工艺与窍门精选》，机械工业出版社 ISBN：7-111-05438-5，1997-8
关键词：模具型腔；UG CAM软件；加工工艺
引言：随着时代的发展，数控加工中心已经被广泛应用于模具行业，其中以UG，Mastercam， Cimatrion所代表的软件编程也越发为大家所熟悉。但目前即使是最先进的数控编程软件，也需要技术人员制定工艺，选择合适的刀具和切削参数等。因此数控机床加工的效率和质量很大程度上是取决在工艺编程人员的水平的高低。同时模具的几何形状也是千变万化的，但其构成特征的种类却是有限的。通过分析和对比，我们在实践过程中总是可以用相对应的铣削方法来达到我们所要求的目标，而计算机编程比手工编程更加准确和高效，避免了加工过程中人为的错误，也因为这样，使计算机编程更加普及。
一、背景介绍：
（一）模具制造的基本要求和特点：
为了保证产品的质量，我们通常的做法有两种：第一种是设计模具时的合理性，第二种是采用先进的模具制造技术。（本文主要是对后者进行介绍）
1、关于模具制造的要求：（相对比一般机械加工）
制造精度高：为了能生产出合格的产品和发挥模具的效能，在制造模具时必须具有高精度。在通常情况下，模具的精度比它所制造的产品高出2-4个精度等级。
使用寿命长：模具由于是比较昂贵的工艺设备，其制造成本约占产品总成本的20-30%，因此其寿命的长短直接影响生产成本乃至于该公司的效益。
制造周期短：随着产品更新速度的不断缩短，在此影响下，生产产品的制造商也越发想尽快地拿出产品交付客户。在此大背景下，对于模具制造的周期不断地被压缩，在保证质量的前提下，如何缩短模具的制造周期已经成为每个模具生产商家刻不容缓的问题。
模具制造收益持续走低：由于模具行业的竞争越发激烈，模具越来越不赚钱已经成为普遍的共识。根据实际情况，提出模具结构，模具材料，降本增效已越来越受重视了。
2、关于模具制造的特点：（相对比一般机械加工）
制造质量高：模具制造不仅要求加工的精度高，而且还要求加工表面的质量好。一般说来，有效的工作面制造公差都在0.02mm以内，表面粗糙度不得大于Ra 0.8且不得有任何的磕碰伤
形状复杂：以铸件为例，模具的型腔一般都是三维复杂曲面
材料硬度高：模具材料一般采用淬火工具钢或是硬质合金钢
单件生产：模具制造一般是单件的，设计和制造周期相对较长
（二）数控编程的应用
依据上述模具加工的特点和要求，数控机床得到了广泛模具商家的应用。尤其以镗、铣类加工中心为代表。目前普遍的加工中心通常把镗、铣、铰、攻螺纹等工序集中在一台机床上，粗精加工兼容。由于采取一次定位和一次装夹，加工质量和效率显著提高。而且随着时代的发展，目前车铣中心，磨削中心，齿轮加工中心和各种复合加工中心相继诞生。在进入21世纪后，随着电脑的大规模普及应用，CNC联系加工编程软件也越发密切。CAD/CAM 技术所体现的效果也越发明显了，其表现的效果是减轻了模具的开发周期和工艺编程人员的劳动强度。
（三）结合UG cam软件编程对模具加工进行优化
相对比过去的手工编程，机器编程就是用专用的语言和符号来描述零件图纸上的几何形状及刀具相对零件运动的轨迹、顺序和其他的工艺参数。最后通过软件的后处理程序提供加工代码给数控机床达到我们所以加工产品的目的。
（四）UG4.0软件所提供的加工功能分布表：
1、二维平面铣削（Planar mill）
2、等高轮廓铣（Z-Level profile）和外形轮廓铣（Cavity mill）
3、曲面轮廓铣刀（fix-contour）
（五）UG4.0软件加工步骤：
根据通常的经验，在UG环境下进行数控加工，一般步骤为：输入cad模型、输入刀具类型、输入刀具参数、给定切削加工参数、给定进给量和主轴转速等。为了保证加工的精度，将加工的过程分为粗、半精加工、精加工三步。分别选择合适的刀具。粗精加工得综合考虑加工的背刀量、切削余量、主轴转速和进给，为的是节约加工时间和提高劳动效率。
二、UG的编程
以我单位目前的模具型腔为例，结合UG软件编程演示如下
（一）首先模型导入：
导入后的模型由于是加工完成后的状态，所以第一步我们得建立毛坯。结果如下图所示：
（二）数控加工的刀具的选择：
根据数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般首选通用刀具、通用连接刀柄，其次选用专用刀具加工。刀柄要连接刀具并装在机床动力头上。而加工刀具所用的材料应适合加工材料和加工精度的要求，一般可分为高速钢刀具、硬质合金刀具、金刚石刀具和其他的刀具比如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等等。
在型腔铣削中刀具的选择和加工的特性相对应。零件周边轮廓的铣削时，通常采用整体式的铣刀；零件平面轮廓铣削时，应选择硬质合金镶嵌刀片铣刀；加工凸台，凹槽时选用立铣刀为宜；而针对带有立体型面或者曲面外形轮廓的铣削通常采用牛鼻刀（R角刀）或者球刀。
（三）数控加工铣削参数的选择：
合理选择切削的原则是：粗加工时，一般是以加工效率为主，但也得综合考虑加工的成本和经济性；精加工时，首先保证的产品的加工质量，兼顾加工的经济性。
主要切削参数如下：
1、切削深度ap
2、切削宽度ae： 一般ae与刀具的直径d成正比，与切削深度成反比，经济型数控加工中，一般ae的取值范围为ae=（0.6-0.9）d 。切削深度直接影响刀具的寿命，不合适的参数选择，容易产生崩刀和加工机床主轴的损伤。 3、切削速度Ve、主轴转速和进给量的设定：以上三者需根据加工材料的属性及刀具的选择和加工机床的切削参数综合设定。
采用的公式如下：
（主轴转速一般根据切削速度Ve来确定： （d：刀具或工件直径；进给量公式： （其中f是每齿进给量mm/r、z是铣刀刃数、S是机床转速）
4、顺铣和逆铣
（四）举例说明
举例来说，下图为我单位一套模具型腔，现根据模具加工的特点，编制如下的数控加工程序：
（一）UG软件的应用
针对UG该款软件的特点，我们可以在粗加工和精加工中以不同地走刀方式来控制我们所要加工零件的精度。
1、开粗
在粗加工中主要的目的是快速、高效地切除余料，对刀位轨迹的要求尽可能大些，对于下刀的深度也是越多越好，通常采用逆铣的方式，这样刀具可以承受更大的切向力，在UG中我们通常选用cavity mill外形轮廓来进行加工的开粗。针对开粗的特点，我们在走刀方式中，一般选用螺旋走刀方式，这样走刀的特点是加工后的余量比较均匀，但相对来讲，对于刀具的磨损也比较大。有时我们也会在开粗前对毛坯的上表面都进行光刀，目的是保证对刀时的准确性和加工余量的均匀（通常选取平行走刀的方式）。在采用Zig-Zig平行走刀方式时，刀轨可以的路径是最短的，节省时间。
通常我们在模具的第一次开粗后，会再次选择模具的开粗。其原因主要是由于第一次开粗时所选用的刀具直径还是比较大的（余量切削量大，大刀具可以有更好的刚性），但往往切削后的余量分布不均匀，导致在半精加工或精加工的过程中，对精加工刀具产生影响（在切削中容易崩刀和刀具的过度磨损）。在针对UG这款软件中的应用时，由于我们已经对第一次粗加工进行了设定，所以我们也没必要再走一次粗加工的刀路，只需要对余量比较大的部位进行二次开粗。在刀具的选择上我们可以以第一次开粗的刀具作为参考刀具使用，这样也就避免了，加工时间的浪费。
2、半精加工
导流槽由于是模具加工中的重中之重，对于零件的成型过程也有重要的影响，如稍有误差，则最直接的会导致模具的飞边。因此必须对其局部进行精加工。由于开粗后的余量分布不均匀，我们在对局部范围进行半精加工时，通常采取分层加工即加工循环的次数，同时针对槽的底部的R角，我们也采用不同规格的球刀。同时在加工的方法中，我们通常配合螺旋式进刀的方式，对侧壁进行曲面区域铣削。
3、精加工
对侧壁和曲面的铣削，我们得配合使用Z-level和曲面的区域铣削相结合，通过倾斜角度的设定，相互弥补，通常，我们会采取60°为一个界限，60°以上的区域我们通常采取Z-level清壁铣削，而60°以下的区域我们通常采用曲面的区域铣削。（下图中画圈处为倾斜角）
Z-level 等高轮廓铣 曲面铣削
4、对于在模具中的一些微小细节的处理：（略）
（1）清角处理：通常采用小直径的球刀或平底刀（如￠1或￠2），并配以高速，目的是达到一定的粗糙度，避免在模具后期钳工的二次抛光。
（2）钻孔：由于目前很多的加工中心自带刀库，所以我们现在也就无需拆除零件，只需要程序中添加钻孔程序就可以在一次加工中完成。
（3）刻字和其他等等，我们只需要做些细小的处理就可以完成整套模具的加工
（二）心得体会：
由于目前加工中心的日渐普及，零件的加工精度也在不断地提升。与传统的加工形成鲜明的对照，首先它避免了多次装夹和对刀所带来的人为误差，其次在加工中心中由于采用高速切削，模具表面的光洁度也显著提升，这无疑给模具的脱膜效果和产品的表面质量带来提升，再次是对于曲面的加工，在以往的加工中曲面造型只能靠样本进行仿形加工，有了加工中心后可以按照数模直接转换，避免了人力资源的浪费节省了不必要的其余辅助程序，大大提高加工效率。
通过日常加工经验的积累，往往刀具直径越小的铣刀，往往意味着强度越差，加工的深度也越浅。同时往往伴随着材料的变化，机床的转速、进给量和切削深度也是不同的。经过经验的获得，我们制作了下表，以供大家参考。
铣刀加工工艺参数表
备注：S=主轴转速、F=切削进给、粗=粗铣、精=精铣
四、结论
在推行模具的数控自动化加工中，我们对NC程序的工艺合理性、安全可靠性、经济高效性提出了严格的要求。针对UG这款大家比较熟悉的编程软件，我们做了如上加工技巧的演示。目的是力求达到数控编程与加工工艺的相结合，在保证模具质量的前提下，尽可能达到自动化的效果。在目前日益竞争的环境下，降低劳动成本，提高机床的利用率，提高模具的加工精度是众多企业追求的目标。在2014年我公司从美国进口了四台哈斯加工中心（全部带上刀库），在提升设备的同时也对我们工程技术人员提出了更高的要求，相信通过我们的努力，现在的变换会对企业的效益产生更重大的作用。
参考文献：
[1] 王立民 贾凤瑞 金属加工，《UG等高铣在结构面加工中的应用》ISSN：1674-1641 ，2012-8
[2] 王秀平 金属加工，《镗削加工用刀具的设计与应》，ISSN：1674-1641， 2012-8
[3] 王华侨 金属加工，《数控刀具在模具工业中的应用解决方案》，ISSN：1674-1641， 2012-8
[4] 梁炳文 《机械加工工艺与窍门精选》，机械工业出版社 ISBN：7-111-05438-5，1997-8