黃登懿，唐助才，陶永亮

（1.四川長虹模塑科技有限公司，四川綿陽 610200；2.重慶川儀工程塑料有限公司，重慶 400712）

1 引言

注射模型腔和型芯成型部位加工方式較多，其中應用最多的是電火花加工，先進的設備能達到電極損耗小于0.1%，表面粗糙度值Ra0.5μm要求[1]，電火花加工后可以直接獲得成型部位較理想的形狀和尺寸，電火花加工過程中電極加工占有主導地位。從電極設計到成型加工整個過程中，電極占有裝夾、校正、加工和檢測的非加工時間較多，一直困擾著模具加工企業(yè)。在引進模具智能制造技術后，從電極設計到成型加工整個過程中，全部實施自動化設計到自動化成型加工，裝夾、校正、加工和檢測等非加工時間縮短，設備稼動率逐月上升，縮短模具生產(chǎn)周期，降低模具成本，減少加工出錯的可能。

2 模具智能制造平臺內(nèi)容與應用于電極加工方面

2.1 模具智能制造的架構和內(nèi)容

模具智能制造是通過云平臺，將模具的智能設計、數(shù)字化制造，現(xiàn)場加工等信息落實到智能制造系統(tǒng)平臺對模具制造過程的全面管控，把模具智能設計、智能設備、智能加工有機的融合一體，實現(xiàn)模具的智能化制造。智能制造系統(tǒng)是把傳統(tǒng)的模具生產(chǎn)變成流水線生產(chǎn)。

模具智能制造平臺是基于制造云平臺的建立之上，將模具行業(yè)常用的CAD/CAE/CAM/CAPP/PDM/MES軟件集成為一站式解決方案，涵蓋項目管理、智能設計、智能工藝、智能編程、智能制造、智能測量、OEE設備監(jiān)控、APS排產(chǎn)等多項功能融合在一起，解決好人機交互智能調(diào)度[2]，為模具行業(yè)提供全自動機器人生產(chǎn)線的整體解決方案，真正做到智能制造一站式服務，為模具企業(yè)打造模具智慧工廠。如圖1所示。

圖1 模具智能制造平臺架構示意圖

2.2 模具智能制造平臺應用于電極加工方面

模具智能制造系統(tǒng)平臺中數(shù)字化制造是主體功能，其中CNC自動加工、EDM自動加工和CMM自動檢測最適應電極加工的范疇，通過CNC、EDM和CMM自動化和智能化加快了電火花電極加工及其使用，為模具自動化和智能化建設奠定了重要的基礎[3]。其中CNC、EDM和CMM介紹如下：

CNC加工中心：①CNC（Computerized Numerical Control加工中心）工件加工。通過掃描RFID（Radio Frequency IDentification射頻識別、數(shù)據(jù)采集）自動獲取程式，程式自動上傳到控制器中，安全可靠避免人為異常；②CNC電極加工。通過掃描RFID自動獲取程式，輔助于專用機械手操作，能同時加工多個電極，避免浪費換刀時間，極大的提高設備稼動率，降低操作員的工作強度；本案主要強調(diào)電極加工。

EDM電火花加工：EDM（ElctronDischarge Machining）放電加工，放電條件通過標準放電條件庫自動生成，通過掃描RFID芯片自動獲取放電位置和坐標，有效避免人為異常，設備利用率可以達到95%。

CMM自動檢測：CMM（CoordinateMeasuring Machining坐標測量）自動檢測、校正，CMM Offline脫機編程，通過掃描RFID自動獲取檢測程序，檢測結果自動上傳到數(shù)據(jù)庫中，比傳統(tǒng)檢測方法效率提升3倍以上。

（1）電極加工原有的模式。電火花成型加工技術，自20世紀40年代開創(chuàng)以來，已成為模具制造技術領域不可或缺的重要組成部分[4]。傳統(tǒng)的電極加工到成型加工基本工藝為：依據(jù)模具圖設計要求由工藝人員設計電極（考慮電極裝夾，校正因素），模具圖和電極圖一同下達到模具制造車間，模具車間通過備料（紫銅或石墨）按要求加工電極，由加工中心（或其他設備）加工完成，進行檢測，再通過人工修整或拋光處理后，上火花機進行裝夾、校正、分中等，最后電火花加工脈沖電源，提供擊穿加工介質所需的電壓，并在間隙擊穿后提供能量以蝕除金屬，達到加工目的[5]。電極加工時間的延長和上火花機時的裝夾、校正、分中等非加工時間的增加，影響整個模具制造周期。

（2）電極加工改進后模式。引進模具智能制造系統(tǒng)平臺后，電極加工實行自動化和智能化操作。模具設計CAD（Computer Aided Design）全3D設計，包括模具CAE（Computer Aided Engineering）仿真分析等，基于NX（UnigraphicsNX）的 CAM（ComputerAided Manufacturing）專家系統(tǒng)，高效快捷，CAM任務系統(tǒng)化管理，CAM完成狀態(tài)同步反饋現(xiàn)場，快速電極設計系統(tǒng)，能自動生成放電程序，系統(tǒng)中增加的作用并定義作用后對應粗糙度，對電極設計起到了重要作用。電極在CNC加工中心完成（包括精雕機在內(nèi)），電極檢測CMM自動檢測完成。從裝夾、校正、分中到放電等都是自動完成，完全保證了模具加工要求，縮短了模具加工周期。

建立電極加工自動化生產(chǎn)線：電極加工、檢測、放電由自動化控制系統(tǒng)及機械手全自動完成。具體優(yōu)點：①電極設計：按自動化方式進行電極設計；②電極加工前裝夾：采用3R夾具裝夾（減少裝夾時間）如圖2所示，保證加工精度；③CNC電極加工：利用夾具實現(xiàn)快速裝夾，不需要找電極中心（基準）；④電極檢測：利用夾具定位，不需要找電極中心（基準），快速檢測；⑤電極放電：利用夾具定位，不需要拉表找正及碰數(shù)，實現(xiàn)快速裝夾放電加工。

圖2 虎鉗及3R裝夾示意圖

（3）改進后的案例。

a.電極裝夾、拉直找正效率提高。圖3所示為橢圓電極加工示意圖，一般電極先用粗打電極對成型加工的前工序留下的余量（0.5～1.0mm）進行粗打，粗打的目的為以后精打留下0.1mm余量，減少精打電極的損耗，保證成型加工質量。

表1所示橢圓電極加工各階段花費時間，表2所示電火花準備時間對比表，表3所示橢圓電極三坐標檢測時間對比表，都是在表1的基礎上所做的分解項。引進智能化操作平臺后，效益提升為82.35%，電火花準備時間下降89.28%，三坐標檢測時間下降90.80%。

b.電火花加工效率提高。圖4所示為sj127模具滑動小鑲塊為鈹銅件。電極為紫銅，深度20mm（紅線圈定部位），粗（精）放電火花位都是0.15mm/s（電極火花位單邊放電間隙為0.15mm），放電時間改進前加工2件4,800min，粗糙度值Ra3.6μm；放電時間改進前加工4件4,200min，粗糙度值Ra3.1μm（粗糙度數(shù)字為粗糙度儀器實際測量值），加工效益提高30%以上。

表3 橢圓電極三坐標檢測時間對比表

圖4 sj127滑動小鑲塊

3 結束語

電極加工、電火花加工傳統(tǒng)加工方式，每一個電極裝夾均需進行人工拉直、找正，受操作者技能水平、加工環(huán)境和態(tài)度的影響，效率低下，質量波動較大。引進模具智能制造系統(tǒng)平臺，全年超過2.0萬個電極分別進行CNC、CMM、EDM加工，平均每個電極裝夾、找正時間為3min多，全年在裝夾、找正的時間上超過4,000h（CNC、CMM、EDM 3項之和）；平均每件電極檢測需要13min，全年超過2.0萬件電極檢測時間超過4,000h。從實施模具智能制造平臺后，僅僅電火花電極裝夾準備中裝夾、校表、碰數(shù)時間從5min多下降到1min之內(nèi)；三坐標電極檢測準備中裝夾、檢測、圖像轉換時間從從12min多下降到1～2min之間。裝夾效率提高60%以上，提高加工精度，精度可保證在0.02mm內(nèi)。電極設計全部采用自動化設計，電極編程全部采用自動化編程，加工中自動刀庫使用，程序自動化傳輸。通過實施模具智能制造平臺，提高加工效率，縮短模具生產(chǎn)周期，降低模具成本，減少加工出錯的可能。