模具的型芯和型腔往往具有各種自由曲面，非常適合在數控機床上進行加工。數控加工的工藝與普通加工工藝有較大區別。本文結合兒童產品裝飾物的模具型芯的數控加工工藝設計，分析和總結了模具數控加工的工藝特點，為模具的數控工藝設計提供了借鑒。
數控加工工藝是指采用數控機床加工零件時，所運用各種方法和技術手段的總和，應用于整個數控加工工藝過程。由于數控加工具有加工效率高、質量穩定、對工人技術要求相對較低、一次裝夾可以完成復雜曲面的加工等特點，所以，數控加工在模具制造行業的應用越來越廣泛，地位也越來越重要。數控工藝設計的好壞將直接影響數控加工尺寸的尺寸精度和表面質量、加工時間的長短、材料和人工的耗費，甚至直接影響加工的安全性。下面通過實例對典型模具成型零件的數控加工工藝進行分析。
一、產品分析
本文舉例的產品為一款兒童產品的裝飾物，材料為ABS。由該產品圖(圖1)可以看出，產品的結構比較簡單，表面平整，側面有半圓孔，頂部有多個圓孔。由于該產品是裝飾品，不屬于精密的結構件，故產品的外觀質量要求較高，尺寸公差要求不嚴格。
二、成型零件結構與分析
在獲得產品的實體造型或者工程圖后，其模具可以使用Pro/ENGINEER、NX或者MasterCAM中的CAD功能進行設計，設計出來的模具型芯如圖2所示。
該模具型芯具有以下特點：
(1)型芯毛坯尺寸為200×170×65mm，加工后尺寸為160.8×126.6×35.8mm，材料為S136鋼。
(2)型芯膠位高度為35.8mm，橢圓面與三角形面相交的位置圓角偏小，只有R1mm。這些位置用銑刀直接加工的話難度較大，可以利用放電加工達到要求。
由于產品的尺寸公差要求不高，所以可以對該型芯直接使用數控機床進行精加工。
三、工藝分析
數控加工工藝與傳統的加工工藝是有一定區別的。由于數控機床大多都不具備工藝處理能力，加工過程的每一細節都必須預先確定，加工按照編好的程序自動完成，因此, 必須在編程前對加工工藝做詳細的分析，并設計好相應的加工工序。
1.工藝基準選擇
數控加工多采用工序集中原則進行加工，因此，在選擇工藝基準時，應盡可能選擇合適的基準要素，減少裝夾次數，提高加工效率和加工精度;同時，選擇定位基準時，需參照圖紙的要求，使工藝基準與設計基準重合，減少因基準不重合帶來的誤差。
本例中，工件毛坯是經過磨削加工的長方體坯料，平行度、垂直度和尺寸精度都已得到保證，因此，可以選用長寬兩方向相對面作為水平方向(XY方向)的基準;選用底面作為高度方向(Z方向)的基準。同時在機床上找一對刀基準，以保證換刀后仍然可以準確地找到編程的高度基準，即工件坐標系的Z0點。這些基準面在數控加工過程中不再加工，作為加工基準可以保證基準的準確性和前后的統一性。
2.裝夾方式的選擇
銑削加工時，工件的裝夾方式一般有采用壓板加螺栓裝夾、使用機用平口鉗裝夾和使用專用夾具裝夾等形式。模具型芯屬于單件訂單生產，一般不使用專用夾具;本模具型芯的尺寸為200×170×65mm，屬于小型工件，因此，選擇用機用平口鉗進行裝夾。
采用機用平口鉗裝夾時，要考慮到型芯的高度為35.8mm，因此，裝夾后毛坯頂面離平口鉗鉗口的高度應大于35.8mm，底面可用等高墊鐵墊起。
3.加工順序安排
在數控機床上加工的零件，一般按照工序集中的原則劃分工序，即每道工序應包括盡可能多的加工內容。工序劃分方法有按所用的刀具劃分、按安裝次數劃分、按粗精加工劃分或按加工部位劃分等。本例為模具型芯，屬于單件生產，故在安排加工順序時以工序集中為原則，以減少換刀次數，提高加工效率。
加工順序安排得是否合理，直接影響著加工質量，加工效率和加工成本。在選擇加工順序時，要根據毛坯情況和零件結構，結合零件的定位基準和裝夾方法，重點需考慮保證工件在加工過程中的剛性不受破壞，減少變形，保證加工質量。
本模具型芯的毛坯料為長方體，制品分型面加工切削量較大，必須先進行粗加工，然后再經過半精加工和精加工完成。加工完分型面后，再按順序精加工頂面、碰穿面和膠位。
4.刀具選用
刀具的選擇是數控加工工藝中的重要內容之一。加工刀具不僅影響機床的加工效率，而且直接影響零件的加工質量。由于數控機床的主軸轉速及范圍遠遠高于普通機床，而且主軸輸出功率較大，因此與傳統加工方法相比，對數控加工刀具提出了更高的要求，要求其具有精度高、強度大、剛性好和耐用度高等特點，而且要求尺寸穩定，安裝調整方便。數控刀具是提高加工效率的先決條件之一，它的選用取決于被加工零件的幾何形狀、材料狀態、夾具和機床選用刀具的剛性。
本模具型芯的材料為S136鋼，硬度大概為220HB左右;毛坯裝夾采用平口鉗，提供了足夠的剛性。因此，本型芯的加工選用硬質合金銑刀，刀具參數如下：
(1)直徑30mm，半徑為5mm的圓鼻刀;
(2)直徑16mm，半徑0.5mm的圓鼻刀;
(3)半徑為5mm的球頭刀;
(4)直徑為8mm的平底立銑刀。
四、基于MaterCAM的數控加工工藝過程
MaterCAM軟件是基于PC平臺的CAD/CAM系統，由于它對硬件要求不高，并且操作靈活、易學易用，廣泛應用于機械加工、模具制造、汽車工業和航天工業等領域，具有二維幾何圖形設計、三維曲面設計、刀具路徑模擬和加工實體模擬等功能。本例利用MasterCAM 9.1進行刀具路徑編制。其加工順序如表1所示。
上述加工步驟經過實際加工的驗證，證明加工效果良好，尺寸精度和表面加工質量符合圖紙的要求。
五、分析與小結
(1)數控機床在加工具有復雜曲面的模具成型零件中具有明顯的優勢，只要工藝設計合理，可以完成80%以上的加工量。
(2)模具的數控加工一般為單件小批生產，故通常使用通用夾具進行裝夾，并且多為一次裝夾完成多個工序的加工，因此，在工藝設計時，應采用工序集中原則，讓工序盡量集中，同時，盡量減少換刀次數，以減少待機時間，提高機床利用率。
(3)模具成型零件一般可以通過粗加工→半精加工→精加工三個工序完成。在工藝設計時，必須注意定位基準的選擇，盡量保證定位基準與設計基準的重合，減少因基準不統一帶來的誤差。同時，定位基準的選擇應該使工件坐標系的設置變得簡單。
(4)選擇刀具時，應根據機床、工件材料和設計要求等諸多因素進行綜合考慮。刀具參數的設置要根據刀具廠商提高的參數為基準，同時根據加工條件進行相應的修改，以盡量發揮刀具的潛能。保證刀具與工件不發生干涉的前提下，盡量縮短裝刀長度，以減少刀具振動，延長刀具壽命，提高加工精度。