课题背景
数控机床(尤其是数控加工中心)已经广泛的应用于模具型腔的铣削加工中，UG NX，MasterCAM，Cimarton等软件的CAM功能也在不断发展和增强。但目前即使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、切削参数等。数控机床加工的效率、加工质量，很大程度上取决于工艺编程人员水平的高低。
MasterCAM以其强大的功能、先进的技术闻名于CAD/CAM/CAE领域，在模具行业，MasterCAM是应用比较多的CAD/CAM软件之一。MasterCAM铣削模块功能强大，提供了平面铣削、挖槽、固定轴曲面轮廓铣削、多轴铣削加工方式，可以很好的满足模具型腔的加工要求。MasterCAM在整个操作过程中，均提供了交互式产生精确刀位轨迹的方法，用户可以根据不同的应用环境，编制合适的加工程序。MasterCAM的操作方式的多样性使其具有灵活性和柔性，要求使用者具有较丰富的实际经验及数控加工的技巧，也就存在了一定使用难度。
模具型腔几何形状千变万化，但其构成特征的种类是有限的。对每一类加工特征，对应着MasterCAM的一种或多种有限的加工方法。通过分析对比研究，可以总结一些规律，来指导MasterCAM编程，提高加工效率和加工质量。基于以上认识，本文将对MasterCAM模具型腔加工编程中的一些问题进行分析研究。
铣削过程中，铣削抗力会使刀具产生变形，加工出的工件尺寸、形状产生误差。但偏差的大小、偏差是否能控制在允许的公差范围之内，则与切削用量、铣削条件和具体工艺等多种因素有关，其中刀具悬伸长度就是一个重要的影响因素。那么铣削加工时不同的刀具悬长对加工结果有何影响?有无规律可循?本文将进行试验研究，能够对编程工艺人员起到定量或定性的指导作用。
国内外研究现状
与模具型腔数控铣削技术相关的研究内容有很多，以下列出几个方面: (1)CAM编程技术 (2)铣削用量优化 (3)铣削刀具组合优选 (4)高速铣削技术 (5)铣削表面质量 (6)铣削工件变形控制
工艺参数的选择对数控加工效率的影响很大，因此做了很多的研究。研究集中于找出刀具序列的选择方法以及刀具可加工区域的划分等方面。
加利福尼亚大学的Roshan对自由型腔的三轴铣削加工刀具序列的选择进行了一系列的研究，克服了以前对刀具选择的方法局限于两把刀具的局限性;并且对2.5D型腔的可加工区域进行划分，然后将3D型腔按投影距离不大于6进行分层，每一层视为一个2.5D型腔，进行刀具组合选择，成本计算。
华中科技大学的方清华、梁培志等在模具型腔加工参数的优化问题上进行了一系列研究，阐述了在CAD/CAM集成环境下编制数控加工工艺的过程以及优化加工参数的必要性。通过分析需要优化的加工参数，给出了加工参数的优化模型。并采用双重法对刀具和加工平面进行优化，首先将型腔按一定步长进行分层，选择每层的刀具，如果相邻两层的不同刀具分别加工时间大于其中一把刀具加工两切削层的时间，则进行合并，并选用该把刀具，最后得到刀具组合。然后在考虑机床功率、表面精度要求、最大切削力、以及机床进给速度和主轴转速等约束的前提下，建立最小加工时间优化模型。
上海交大国家模具CAD工程研究中心的王玉博士在UG/OPEN API的环境下应用C语言开发了模具型腔数控加工计算机辅助刀具选择系统(CATS)，输入CAD模型，输出刀具类型、刀具参数、铣削深度、进给量、主轴转速和加工时间等。为方便刀具的选择，将加工过程分粗、半精和精加工三步，分别选择合适的刀具。粗加工综合考虑加工时间和残余体积的关系，提出了效率系数的概念，作为最优刀具的选择依据。
在数控加工中，刀具悬伸量的不同，对加工质量影响也很大，国内目前关于刀具悬伸的研究主要有:
广东工大机电学院的秦哲等通过不同刀具悬伸量条件下高速铣削淬硬模具材料的实验研究，记录和分析了铣削过程中切削力、振动、刀具后刀面磨损面积和表面粗糙度的变化，优选刀具伸量。通过刀具的合理使用，提高刀具的加工能力。
淮海工学院机械工程系的陈书法等通过对数控铣削加工中刀具的受力进行了理论分析，对由此引起的刀具变形造成的加工误差进行了论述和分析，提出补偿方法。
大量相关文献表明，选择两把刀具并不困难，然而，以一个比较优化的方法来选择一个三把或者三把以上的刀具系列是比较困难的，关键是找出针对不同型腔特征的刀具选择规律。
基于前人的研究成果，本课题利用MasterCAM软件的加工方法，对模具型腔加工特征，进行分析对比，总结规律，来指导MasterCAM编程。同时研究数控铣削加工中刀具悬伸对加工精度的影响，为工艺员提供辅助决策参考。
课题来源及意义
随着生产技术的发展，工业市场的竞争不断加剧，如何在激烈的市场竞争中占有一席之地，是各个企业最关心的问题之一。在这种情况下，各企业纷纷寻求有效的方法，最大限度地提高产品效率，缩短产品开发周期，降低生产成本，以期以更有利的条件参与竞争。于是对制造产品的关键工艺装备—模具的要求也越来越苛刻。用户不只是希望模具的成型精度和表面质量满足需求，使用寿命长，为缩短产品开发周期还特别要求尽量缩短模具交货周期。为了适应这一要求，新的加工理念，正在逐渐改变传统模具制造的工艺方式，高速、高效的数控铣削加工提高了模具制造的精度和效率。利用数控加工技术及计算机辅助制造等新技术，从而使模具加工技术进入以数控加工和模具计算机辅助制造为主的新阶段。
然而，现在即使最智能化的CAD/CAM系统，实现自动化加工，也只是在加工过程中减少了人的干预，并没有完全避免人的因素的出现，自动化设备的运转还是由人来设定加工条件和加工过程一一由工艺员来选择合适的刀具、切削参数等才能生成加工代码，由于编程人员水平的高低，数控机床的优点并没有被完全利用，容易造成数控设备以及人力资源的浪费。为了在模具制造业中更好地利用数控设备，提高生产率，缩减加工成本，应该在加工前就对数控加工工艺进行自动优化，提高数控程序的质量。因此，开发一套数控加工工艺的自动优化选择系统就是非常必要的。
加工前就对数控加工工艺进行优化，实现刀具组合、走刀方式以及切削参数的自动选择，可以帮助没有多少经验的工艺员编制高质量的数控程序，提高加工效率，降低成本，提高了模具制造商在市场中的竞争力及影响力，争取到更多的潜在客户，促进整个模具生产行业的发展。同时缩短制件产品的开发生产周期，提高制件产品的竞争力，促进制造业的快速发展。
CAD/CAM技术的发展
最早的CAD软件是基于主机类的工作平台，采用图形终端和字符终端并用的用户操作方式，完成对产品的设计、绘图和辅助制造，典型产品有CADAM和CATAI等软件，随着计
算机硬件技术的发展，各类高档图形工作站推向市场，其性价比有了显著提高，代表产品有MasterCAM、UG、Pro/E等。
目前流行的CAD/CAM商用软件系统，其CAD部分大多具有良好的图形用户界面、方便灵活的曲面造型和实体造型功能、栩栩如生的显示，缩短了产品的研制周期，提高了产品开发的成功率;CAM部分，系统能按用户设定的参数自动产生数控加工工艺和刀具轨迹、动态模拟加工过程、自动检测刀具的干涉和碰撞等，不仅提高了零件加工的精度和可靠性、缩短了加工周期，还可以动态仿真加工过程，提高了数控机床的利用率，降低了产品的制造成本。我国的CAD/CAM技术的研究尽管起步较晚，但近几年来发展很快，少数大型企业已经建立比较完整的CAD/CAM系统并获得了较好的效益，中小企业也开始广泛应用CAD/CAM技术。
目前CAD/CAM系统正朝着以下方向发展: (1)CAD/CAM系统的集成化
CAD/CAM系统集成化是当前CAD/CAM技术发展的趋势，目标是提高产品设计和制造的自动化程度。
(2)CAD/CAM系统的智能化
将人工智能引入模具CADC/AM系统，使模具设计和制造的知识和经验存入知识库中，系统具有推理和学习功能，从而使系统能帮助模具设计和制造人员完成选择、规划、决策、设计和再设计这样复杂的工作。
(3)CAD/CAM的网络化
网络化是模具CAD/CAM一体化技术发展的方向。在企业内部，各部门所有的计算机联网，以实现信息共享;数控加工代码可以通过网络直接传到数控机床;另外模具企业必须与外部公共网络相连接，以适应现代市场激烈竞争的需要。
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