手机外壳模具型芯的数控加工 - 文章

手机外壳模具型芯的数控加工

作者：东莞理工学校吴光明

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在现代化的模具生产中，随着对塑料件功能要求的提高，塑件内部结构也变得越来越复杂，相应的模具结构也要随之复杂化。本文阐述了在塑料模具制造中所采用的新的设计制造工艺方法路线：首先利用Pro/ENGINEER或MasterCAM等先进的CAD/CAM软件进行产品的3D图形设计；然后根据产品的特点设计模具结构，生成模具型腔实体图和工程图；再在MasterCAM中根据模具型腔的特点绘制CNC数控加工工艺图，拟定数控加工工艺路线，输入加工参数，生成刀具路径；最后进行三维加工动态仿真，生成加工程序，并输送到数控机床进行自动加工。以下就以一个手机前壳的模具为例，重点体说明这一加工流程。为减少篇幅，本文假定从生成三维加工工艺模型后开始，只涉及加工部分。

一、前模的数控加工

根据手机前壳的3D图形进行模具设计后，将模具型芯的3D实体图转换成IGS图形格式，输入到MasterCAM中。前模加工工艺3D图，如图1所示。

图1 前模加工工艺3D图

其数控加工工艺如下：

(1)曲面挖槽粗加工，采用φ16的平底镶合金刀；
(2)曲面等高外形半精加工，采用φ6的平底刀；
(3)曲面的外形粗加工前模的电池插口枕位，采用φ6的平底刀；
(4)直纹曲面粗加工枕位的平面部分，采用φ6的平底刀；
(5)直纹曲面粗加工枕位的圆弧面部分，采用φ6的平底刀；
(6)曲面平行精加工，采用φ10的球头刀；
(7)等高外形精加工下部的清角部分，采用φ3的平底刀；
(8)等高外形精加工上部的清角部分，采用φ3的平底刀；
(9)曲面等高外形精加工型腔，采用φ3的平底刀；
(10)直纹曲面加工型腔的分型面，采用φ16的球头刀；
(11)直纹曲面精加工枕位的平面部分，采用φ3的平底刀；
(12)直纹曲面精加工枕位的圆弧面部分，采用φ3的平底刀。

下面分别予以介绍。

1.曲面挖槽粗加工

采用双刃φ16的平底镶合金刀，预留了0.3mm的加工余量。机床的进给率，1500mm/min；Z方向进给速度，500mm/min；抬刀速率，2000mm/min；主轴转速，2000r/min。

(1)曲面参数

安全高度绝对坐标，15mm；进给进刀增量坐标，1mm；过滤公差，0.025mm。刀具的边界取图1所示的外形边界。无须选择检查面。

(2)挖槽粗加工参数

Z方向的每步最大的下刀量，0.4mm；刀径百分比的进刀量，75%；实际进刀量，12mm。选择平行螺旋线铣削方式，输入一个刀具路径接近的起点，将下刀的中心设在边界的外面，采用螺旋下刀方式，切削深度设定为相对增量方式，预留0.2mm的余量。

(3)刀具路径

设置完所有参数后，在Geometry中选取所有加工面，加工边界选取图1所示的外形边界（以工件毛坯外径向外扩展刀具直径的1.5倍）。无须选择检查面。刀具的加工路径如图2所示。

图2 外形挖槽粗加工刀具路径

２.曲面等高外形半精加工

采用φ6的平底超硬合金刀，进一步加工尖角或细小倒圆角的残留余量，预留0.15mm的加工余量。机床的进给率，500mm/min；Z方向进给速度，500mm/min；抬刀速率，2000mm/min；主轴转速，1800r/min。

(1)等高外形参数

切削刀具的每次高度下降值为0.15mm；下刀点选择在边界内；切削深度选用相对深度，0.2mm。

(2)刀具路径

设置完所有参数后，在Geometry中选取所有加工面，刀具的加工路径如图3所示。

图3 等高外形半精加工刀具路径

３.曲面的外形加工

采用曲面的外形粗加工刀路方式加工前模的电池插口枕位，采用φ6平底刀合金刀，预留0.15mm的加工余量。

(1)外形参数

安全高度绝对坐标，15mm；进给进刀增量坐标，1mm；过滤公差，0.025mm。多层切削参数是设置XY平面内的切削次数和切削用量的，根据加工余量而定：粗切削次数，2次；步距，4mm；精切削次数，0；步距，0.5mm。设定合适的进刀、退刀的路径。因加工深度只有2mm，这里不使用Depth深度切削。

(2)刀具路径

设置完所有参数后，在Geometry中Chain选取如图1所示的外形。从Toolpaths/Operations命令中进入操作管理菜单，用Backplot—Run命令模拟刀具路径，检查Contour，刀具铣削路径有无问题。刀具的加工路径如图4所示。

图4 外形加工路径

4.直纹面加工

采用直纹面加工方式粗加工枕位的平面部分，刀具采用φ6的平底合金刀，度预留0.1mm的加工余量。

(1)直纹曲面刀路参数

切削方式采用往复式切削；切削间距，0.1mm；切削余量，0.1mm；快速进给的深度（绝对尺寸），15.0mm，Left，刀具左补偿。

(2)刀具路径

设置完所有参数后，在Geometry中Chain选取如图1所示的两条Ruled线。刀具的加工路径如图5所示。

图5 枕位平面部分直纹面加工路径

同样，采用Ruled直纹曲面加工模式粗加工枕位的另一半的圆弧部分，采用φ6的平底合金刀，刀具参数和直纹面参数不变，预留0.1mm的加工余量。刀具的加工路径如图6所示。

图6 枕位圆弧部分直纹面加工路径

5.曲面平行加工

采用曲面平行加工方式精加工全部的曲面。刀具采用φ10的球头刀，不留加工余量。机床的进给率，1300mm/min；Z方向进给速度，500mm/min；抬刀速率，2000mm/min；主轴转速，2500r/min。

(1)曲面参数

安全高度绝对坐标，15mm；进给进刀增量坐标，1mm；预留0.3mm的加工余量。因为要精加工所有的面，这里无须确定刀具的边界，不使用检查面。

(2)曲面平行加工参数

加工最大步距，0.1mm。该选项可以设置刀具的横向进给量，其值越小就越精确，加工面越光滑，但是生成NC程序的时间和程序也越长。切削方法定为来回切削。切削角度可以设置成加工刀具路径与当前构图平面中X轴的夹角，此处设定为45°。刀具的加工路径如图7所示。

图7 曲面平行加工路径

6. 曲面等高外形半精加工

采用等高外形刀路方式精加工下部的清角部分。刀具采用φ3的平底超硬合金刀。

(1)机床参数

机床的进给率，500mm/min；Z方向进给速度，500mm/min；抬刀速率，2000mm/min；主轴转速，3500r/min。打开冷却液，预留0.3mm的加工余量，不使用检查面。刀具的边界如图8所示。

图8 刀具边界

(2)等高外形参数

切削刀具的每次高度下降值为0.15mm。下刀点选择在边界内；采用顺铣往复模式进给；切削深度选用绝对深度，最小深度为0.0mm，最大深度为-4.0mm。刀具的加工路径如图9所示。

同样采用等高外形刀路方式精加工上部的清角部分，仍然采用φ3的平底刀，刀具参数、曲面参数、加工参数同前，选取所有加工面作为加工面，边界选取图10所示的外形边界。最小加工深度为-1.5mm，最大加工深度为-4.0mm。刀具的加工路径如图10所示。

图9 下部清角部分等高外形加工路径

图10 上部清角部分等高外形加工路径

7. 曲面等高外形精加工

采用等高外形刀路方式精加工整个型腔。刀具采用φ3的平底刀。刀具参数和加工面的参数同前，加工边界选取图11所示的边界。虽然最后的曲面精加工，仍然留0.3mm的余量给后续的电火花加工。选取所有加工面作为精加工面：每次高度下降值为0.1mm，加工最小深度为-4.0mm，加工最大深度为-9.1mm。刀具的加工路径，如图11所示。

图11 等高外形加工路径

8. 直纹面加工

采用直纹曲面加工方式精加工分型面。刀具采用φ16的平底合金刀，预留0.1mm的加工余量。切削方式采用往复式切削，切削间距为0.2mm。刀具的加工路径如图12所示。同样采用直纹曲面加工模式精加工枕位的平面部分和圆弧面。刀具采用φ3的平底合金刀，不留加工余量，切削间距为0.2mm。

图12 分型面直纹面加工路径

二、后模的数控加工

后模的三维加工工艺图，如图13所示。

图13 面壳后模加工工艺3D图

其数控加工工艺如下（与前模大同小异，限于篇幅不再展开）：

(1)曲面挖槽粗加工，采用φ25的平底镶合金刀，留0.4mm余量；
(2)曲面等高外形半精加工，采用φ12的平底刀，留0.15mm余量；
(3)曲面平行精加工，采用φ10的球头刀，不留加工余量；
(4)曲面的外形，Contour方式加工前模的Len透镜位置，采用φ4的平底刀。

三、面壳铜电极的数控加工

铜电极的三维加工工艺图，如图14所示。

图14 铜电极加工工艺3D图

其数控加工工艺如下（限于篇幅不再展开）：

(1)采曲面的外形加工方式粗加工铜电极的基准位置，采用φ16的四刃平底刀，不留加工余量；
(2)采用曲面平行加工方式粗加工铜电极的全部曲面，采用φ16的平底刀，留有0.35mm的加工余量；
(3)采用曲面等高外形加工方式半精加工铜电极曲面，采用φ6的平底刀，留有0.1mm的加工余量；
(4)采用挖槽加工方式加工Lens部分，采用φ6的平底刀，留有0.3mm的加工余量；
(5)采用曲面的外形加工方式粗、精加工Lens装配位置，采用φ1的四刃平底刀，不留加工余量；
(6)采用面平行加工方式精加工铜电极的全部曲面，采用φ6的球头刀（Endmill Sphere），不留加工余量；
(7)采用曲面的外形加工方式精加工铜电极的按键位置，采用φ2的双刃平底刀，不留加工余量；
(8)采用曲面等高外形加工方式精加工Battery-cover装配位置，采用φ2的双刃平底刀，不留加工余量。

四、结束语

数控编程是目前CAD/CAPP/CAM系统中最能明显发挥效益的环节之一，其在实现设计加工自动化、提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着重要作用。从Pro/ENGINEER中以IGS格式将签名设计的3D图形调入，根据模具型腔的特点，确定模具型腔、分模面，生成模具型腔实体图、工程图、加工工艺图。根据CAM系统的功能，从CAPP数据库获取加工过程的工艺信息，进行零部件加工工艺路线的控制，输入加工参数，然后再在CAM中编制刀具路径，进行三维加工动态仿真，生成加工程序并输送到数控机床完成自动化加工。这些加工步骤是现代化模具生产的过程和发展趋势，它使复杂模具型芯的生产简化为单个机械零件的数控自动化生产，全部模具设计和数控加工编程过程都可以借助CAD/CAM软件在计算机上完成。它改变了传统的模具制造手段，有效地缩短了模具制造周期，大大提高了模具的质量、精度和生产效率。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (9/6/2005)


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