本文探討了特種陶瓷產品的MasterCAM設計加工相關內容。

　　雖然CAD/CAM技術已在機械、汽車、電子、服裝等行業(yè)得到了較為廣泛應用，但在特種陶瓷行業(yè)還沒有得到足夠的重視，應用程度遠低于其他，以至于目前的特種陶瓷產品設計仍以手工操作為主，模具制作手段也相對落后。這種缺乏足夠創(chuàng)新意識的狀況已嚴重制約了特種陶瓷行業(yè)發(fā)展，務必盡快得到改善，才能使我國的特種陶瓷行業(yè)盡早趕上世界先進水平。

　　目前國內應用的CAD/CAM軟件的種類較多，具有代表性的有Pro/ENGINEER、MasterCAM、Cimatron、UG、CAXA等，下面主要介紹基于MasterCAM軟件的特種陶瓷產品設計及模具加工技術。

　　基于CAD/CAM技術的特種陶瓷產品設計及模具制作過程一般可按圖1所示的步驟進行。

圖1 采用CAD/CAM技術的特種陶瓷產品設計及模具制作一般過程

　　現(xiàn)以圖2所示的胡椒磨芯為例，具體說明使用MasterCAM軟件進行特種陶瓷產品設計及模具制作過程。

圖2 胡椒磨芯造型設計

　　1.結構分析

　　在產品造型設計之前，首先應當分析產品結構特點，找出產品特殊的點、線、面，并用適當?shù)牧烤呒右詼y量，記下測量數(shù)據，同時要考慮到產品的收縮率，在產品造型設計時適當調整其尺寸大小。

　　2.造型設計

　　隨著現(xiàn)代科學技術不斷發(fā)展，人們對各種各樣產品品種的需要不斷更新，特種陶瓷產品也不斷有新的產品出現(xiàn)。新的產品造型設計，可借助于計算機及設計軟件來完成。也就是說，設計人員只要通過鍵盤、鼠標等輸入設備將設計的原始數(shù)據輸入到設計軟件中去，人們便可以看到由計算機按照設計師的意圖設計的產品樣本了。MasterCAM軟件提供了豐富的曲面、實體等三維產品造型設計手段，特別是對一些特種陶瓷產品的不規(guī)則形狀也可以進行比較精確的表達，還可以通過材質、光源等方面的渲染設置給人以仿真的視覺效果。本例胡椒磨芯可通過實體擠出(Extrude)、實體舉升(Loft)、實體旋轉(Revolve)等手段得到產品的造型，如圖3所示。

圖3 胡椒磨芯模具型腔

　　產品設計完成后，應該根據客戶的需要進行適當產品造型修改，最后利用MasterCAM進行模具型腔生成及加工程序的生成工作。

　　3.具型腔生成

　　根據胡椒磨芯全套模具的實際尺寸，生成胡椒磨芯模具毛坯，與胡椒磨芯進行Boolean(實體布爾運算)生成胡椒磨芯模具型腔，如圖3所示。這里要根據產品干燥及燒成收縮情況，對模具型腔按給定的收縮率(1.15)進行縮放。

　　4.胡椒磨芯電極設計

　　因胡椒磨芯模具型腔形狀特殊，有垂直的4條棱，又有40個相互交錯的傾斜棱角，如圖4所示，很難直接進行機械加工，最好用電火花成形機床進行加工。同時，要根據電火花機床的實際火花間隙(大約0.05mm)，把胡椒磨芯模具型腔縮放，生成胡椒磨芯紫銅電極。

圖4 胡椒磨芯紫銅電極

　　5.胡椒磨芯電極加工

　　(1)加工工藝分析

　　根據胡椒磨芯紫銅電極特點，為了獲得較好的加工質量和提高生產率，應采用單刃指形合金銑刀進行加工。刀桿直徑為3.18mm，刀刃直徑為1.6mm，前角為5°，后角為25°，副后角為15°，副偏角為15°，如圖5所示。粗加工每次進刀0.25mm，進刀速度為150mm/min，精加工每次進刀0.05mm，進刀速度為50mm/min。

圖5 單刃指形銑刀

　　(2)生成加工軌跡

　　選用合適的數(shù)控加工方法，生成加工軌跡是最為關鍵的環(huán)節(jié)。MasterCAM提供了Parallel(平行加工)，Radial(放射狀加工)，Project(投影加工)，F(xiàn)lowline(曲面流線)，Contour(等高加工) ， Pocket( 挖槽加工) ，Plunge(鉆削加工)等10多種曲面粗、精加工方法。本例胡椒磨芯紫銅電極粗加工采用Pocket(挖槽加工)，精加工采用Contour(等高加工)。

　　(3)模擬仿真加工

　　對生成的加工軌跡進行Verify(模擬加工)，檢查生成的加工軌跡是否合理，盡量避免加工過程中的失誤。

　　(4)生成加工程序

　　針對加工胡椒磨芯紫銅電極用的數(shù)控機床及其配備的數(shù)控系統(tǒng)，設置特定的數(shù)控代碼、數(shù)控程序格式及參數(shù)，并按照加工機床的配置要求，把上述已經生成的刀具加工軌跡轉化成能用于控制數(shù)控機床進行加工的數(shù)控加工程序。下面是加工胡椒磨芯紫銅電極的數(shù)控加工程序的一部分：

　　%

　　O0000

　　(PROGRAM NAME - 胡椒磨芯

　　051221-3)

　　(DATE=DD-MM-YY - 22-12-05

　　TIME=HH:MM - 19:16)

　　N100G21

　　N102G0G17G40G49G80G90

　　( 1. DRILL TOOL - 1 DIA. OFF.

　　- 1 LEN. - 1 DIA. - 1.6)

　　N104T1M6

　　N 1 0 6 G 0 G 9 0 X - 1 1 . 5 9 6 Y 0 .

　　A0.S4774M3

　　N108G43H1Z4.8

　　N110Z1.

　　N112G1Z-.25F150.

　　N114G2X11.596R11.596F286.4

　　N116X.674Y-11.576R11.596

　　N118X-11.596Y0.R11.596

　　N856G0Z-11.338

　　N858Z-7.338

　　N860M5

　　N862G91G28Z0.

　　N864G28X0.Y0.A0.

　　N866M30

　　%

　　(5)進行數(shù)控加工

　　準備好胡椒磨芯紫銅電極毛坯，磨好單刃指形銑刀，開動數(shù)控雕銑機床后，就可以將上述生成的數(shù)控加工程序通過計算機傳輸?shù)仁侄蝹魉徒o數(shù)控機床，再一次模擬運行刀具軌跡，確保數(shù)控加工的準確性，最后正式由數(shù)控雕銑機床完成加工。

　　6.胡椒磨芯模具型腔加工

　　由數(shù)控雕銑機床加工完成的胡椒磨芯紫銅電極，經鉗工修磨、拋光后達到電極所要求的尺寸和表面粗糙度后，安裝到電火花機床的主軸上。調整好電極、毛坯的垂直度和平行度，確保電極、毛坯的同軸度誤差在0.01mm之內，最后設置好數(shù)控電火花機床的加工參數(shù)(如下表所示)，并完成胡椒磨芯模具型腔的加工。

　　7.結束語

　　隨著人民生活水平的不斷提高和科學技術的發(fā)展，人們對日用品和藝術陶瓷的需求多樣化趨勢越來越明顯，同時特種工業(yè)陶瓷的應用也越來越廣泛，復雜、精密、多品種、高質量和短期交貨將是今后陶瓷產品需求的趨勢，CAD/CAM技術能很好地解決這一問題，因此，改革陶瓷產品設計及模具加工中傳統(tǒng)工藝，采用先進的制造技術提高陶瓷產品設計和模具制造質量，縮短產品開發(fā)周期，降低產品開發(fā)的成本，顯得非常重要。

　　在特種陶瓷產品設計及模具加工中應用CAD/CAM軟件，可提高陶瓷產品設計效率和質量，便于產品改型和改進工作，便于產品開發(fā)過程中各環(huán)節(jié)人員相互之間以及與客戶之間的交流，實現(xiàn)陶瓷產品設計與模具制作間的良好銜接，而且可提高模具設計和加工質量，縮短產品開發(fā)周期，降低產品開發(fā)的成本。