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，并用適當的量具加以測量，記下測量數據，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。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），Flowline（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控機床及其配備的數控系統(tǒng)，設置特定的數控代碼、數控程序格式及參數，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控機床進行加工的數控加工程序。下面是加工胡椒磨芯紫銅電極的數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，開動數控雕銑機床后，就可以將上述生成的數控加工程序通過計算機傳輸等手段傳送給數控機床，再一次模擬運行刀具軌跡，確保數控加工的準確性，最后正式由數控雕銑機床完成加工。

6.胡椒磨芯模具型腔加工

    由數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，最后設置好數控電火花機床的加工參數（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。