江蘇遠宇電子集團公司 （常州 213167） 蔡偉榮 蔡辰杰

常州機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 （江蘇 213000） 莊小紅

江蘇遠宇電子集團公司加工中心主管蔡偉榮

消費類電子產(chǎn)品具有發(fā)展迅速、競爭激烈、生產(chǎn)批量大的特點，其產(chǎn)品以便攜化、個性化、超薄化及時尚、輕巧、易用等特性，越來越受到消費者的青睞，因此大力推進模具設(shè)計與制造數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化是公司模具發(fā)展的方向，也是模具數(shù)控加工智能化的必然選擇。我公司主要生產(chǎn)消費類電子產(chǎn)品，現(xiàn)以手機下蓋板模具數(shù)控加工為例，談?wù)勈謾C蓋板模具的智能化數(shù)控加工。

圖 1

圖 2

1. 下蓋板模具設(shè)計

技術(shù)是企業(yè)發(fā)展的原動力，我公司的技術(shù)在國內(nèi)模具行業(yè)比較有優(yōu)勢，如率先開展了有限元分析和3D設(shè)計，公司產(chǎn)品從最初的概念設(shè)計到最后成品組裝，中間需經(jīng)過多個設(shè)計制造環(huán)節(jié)，公司內(nèi)所有環(huán)節(jié)的CAD文件傳輸均是三維軟件設(shè)計的幾何模型以及由其生成的相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)，主要基于兩點考慮：

（1）幾何模型建立在統(tǒng)一的CAD系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上，使設(shè)計到制造所使用的資料統(tǒng)一化，保證各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)提取真實可靠，加工完成的工件與原始設(shè)計模型之間不存在系統(tǒng)誤差，零件加工過程中不需要對系統(tǒng)誤差進行修改處理。

（2）市場競爭激烈，為縮短產(chǎn)品交付時間，通過計算機強大的數(shù)據(jù)處理功能和分析能力，自動產(chǎn)生制造上的許多數(shù)據(jù)，大大減輕制造工程師的負擔(dān)，由工藝、檢驗、加工和裝配等組成的制造部門可直接從網(wǎng)絡(luò)上調(diào)用CAD/CAM提供的模型和相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)模具制造數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。圖1為手機下蓋板模具下模仁，為保證加工數(shù)據(jù)的真實可靠，下模仁成形曲面由CAD提供的手機模型曲面復(fù)制而成。同理，下模仁電極成形曲面由下模仁成形曲面復(fù)制而成，如圖2所示，下模仁電極成形曲面經(jīng)過3D軟件修剪、縫合、拉伸、曲面實體化等造型設(shè)計，最后成為如圖3所示的實體。此實體及其生成的相關(guān)圖樣與技術(shù)數(shù)據(jù)，由工藝、檢驗和加工等各環(huán)節(jié)直接從網(wǎng)絡(luò)上調(diào)用。

圖 3

2. 模具下模仁電極的數(shù)控加工

模具下模仁電極的數(shù)控加工是下蓋板模具制造重要的一環(huán)，電極質(zhì)量的好壞和加工工藝直接影響到產(chǎn)品的外觀及尺寸，由于紫銅良好的導(dǎo)電性和易加工性，在放電加工時電極本身產(chǎn)生的熱量較小，損耗也相對較低，而且加工的工件具有較小的表面粗糙度，所以電極材料選用紫銅，缺點是紫銅較軟，易產(chǎn)生毛刺，數(shù)控加工時需將毛刺控制在工藝要求范圍內(nèi)。

為保證電極的尺寸要求和表面質(zhì)量，電極的數(shù)控加工機床選用龍門式立柱結(jié)構(gòu)的MAKINO機床，刀柄選用錐部與主軸端面同時接觸的HSK-A63空心刀柄，刀具選用硬質(zhì)合金銑刀，根據(jù)工藝要求電極加工用所有銑削刀具設(shè)置刀具半徑補償量均相同，編程時設(shè)置刀具參數(shù)為刀具直徑φ（D－2δ）mm（δ為刀具半徑補償量），如下模仁電極曲面粗加工采用直徑3mm的球刀，刀具直徑補償如圖4所示。

圖 4

電極加工前須對所有刀具長度進行校準，考慮到電極尺寸的一致性并且要得到較小的表面粗糙度，曲面編程時須先隱藏中間凹槽，如圖5所示的電極中間兩凹槽為線切割槽，刀具走刀軌跡中的掃描類型選用連續(xù)走刀類型，從而忽略曲面上的凹槽，如圖6為電極曲面粗加工刀具模擬軌跡，線切割槽曲面加工時被忽略，避免曲面產(chǎn)生接刀痕跡。

圖 5

圖 6

使用球刀加工電極待加工曲面時，由于曲面已經(jīng)過粗加工和半精加工兩道工序，曲面的余量較少且均勻，可使用更高的主軸轉(zhuǎn)速和進給率進行加工，由于主軸轉(zhuǎn)速較高，刀具主軸轉(zhuǎn)速達到18 000～22 000r/min，刀柄邊框上的線速度較大，刀柄周圍切削液離心力很大，采用濕式加工方式切削液不能到達切削區(qū)域，從而影響電極表面質(zhì)量，采用干式切削則能達到工藝要求。設(shè)定各參數(shù)后進行刀具軌跡模擬，加工程序經(jīng)確認無誤后進行后置處理，生成數(shù)控機床識別的CNC代碼文件。各代碼文件用模擬軟件模擬增加加工可靠性，最后由傳輸軟件將文件傳輸?shù)綌?shù)控機床，在數(shù)控機床上模擬試運行，試運行后進行數(shù)控加工。下面為電極粗加工開始部分程序：

%

G40 G17 G90 G28 G40 G49

G91 G28 Z0.0

G90 G54 G00 X0 Y0

T00 M06

M08

G01 G90 X65.296 Y-1.428 Z20. F6000. S8500 M03

G43 G00 Z.037 H00

G01 Z-.963 F2000.

X53.58

Y-35.

G02 X53. Y-35.58 I-.58 J0.0

G01 X-53.

G02 X-53.58 Y-35. I0.0 J.58

3. 模具上、下模仁的數(shù)控加工

模具關(guān)鍵零件上、下模仁采用S136模具鋼。此模具鋼具有優(yōu)良的耐蝕性、拋光性，良好的耐磨性、機械加工性，淬硬時優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性。淬火后硬度為53～55HRC。綜合考慮機床特性與加工效率，下模仁粗加工采用直徑12mm，底部圓角為4mm的圓鼻銑刀，圖7為下模仁粗加工后的形狀。模具上、下模仁多個重要平面需要數(shù)控加工直接銑削到設(shè)計尺寸，這些平面裝配過程中需要和其他零件平面精密配合，尺寸公差為±0.01mm。模仁四個角是為了保證模具精度設(shè)計的精定位，上、下模仁的四個角需要配合良好，要求較高。

模仁四個角的加工是模仁加工的要點之一。模仁四角精定位處由于根部無圓角，需用平底銑削刀具加工，銑削刀具加工時刀尖接觸模仁斜面，由于模仁硬度較高，刀具易磨損，尺寸和表面粗糙度不易控制。下模仁精定位加工采用直徑12mm的平底銑刀，切削參數(shù)為刀具轉(zhuǎn)速6 000r/min，走刀速度2 200 mm/min，刀具每次切削深度0.03mm，圖8為下模仁精定位加工刀具軌跡，加工完畢后用影像顯微觀測器直接在機床上檢測加工后尺寸，影像顯微觀測器能檢測常規(guī)量具不能檢測的尺寸，能及時發(fā)現(xiàn)加工中存在的問題，并且測量精度在0.01mm以內(nèi)。原來由于刀具磨損等原因造成的加工誤差及缺陷，在工件送檢后才發(fā)現(xiàn)，返修時工件兩次裝夾形成積累誤差而造成報廢，模具關(guān)鍵零件上、下模仁采用影像顯微觀測器在機床上檢測工藝尺寸能大大提高模具上、下模仁的成品率。

圖 7

圖 8

圖 9

圖 10

圖9為上模仁設(shè)計造型，上模仁粗加工采用直徑16mm，底部圓角為4mm的圓鼻銑刀，半精加工采用直徑8mm平底銑刀，圖10為上模仁半精加工后的形狀。其四角精定位處及其它重要處加工方法和參數(shù)設(shè)置與下模仁相同。模仁電極和上、下模仁加工完畢后送檢驗室檢驗，合格后由檢驗人員將加工數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫，后道工序相關(guān)人員在網(wǎng)絡(luò)上直接從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取相關(guān)數(shù)據(jù)。

4. 結(jié)語

隨著“中國制造2025”的戰(zhàn)略布局，大力推進模具制造數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化是模具工業(yè)的發(fā)展方向，這也是模具制造業(yè)的必然選擇，同時也是優(yōu)秀的模具制造公司的必然選擇。高精度復(fù)雜模具對模具制造尤其是數(shù)控編程技術(shù)提出了越來越高的要求，難以修改的設(shè)計模型可以通過合適的工藝參數(shù)、合理的編程來加工，三維造型，制造過程一體化的設(shè)計加工模式，極大地提高了設(shè)計加工效率，縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期。

本文中手機下蓋板模具智能化數(shù)控加工表明，在具備先進機床和高檔刀具的同時，通過合理的工藝參數(shù)設(shè)置，能加工出符合工藝要求的產(chǎn)品，下蓋板模具的數(shù)控加工方法同樣適用其他類似零件的數(shù)控加工。