手機(jī)前模整體電極自動(dòng)編程優(yōu)化策略研究

李華川，陳曉云，張振揚(yáng)

（廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530007）

0 引言

通常手機(jī)外殼的生產(chǎn)需要依靠模具，因此模具表面的光潔度直接影響著手機(jī)外殼的產(chǎn)品質(zhì)量。為保證模具光潔度的高要求，往往要用一整體大電極對(duì)模具進(jìn)行電火花加工，以消除刀具加工接痕。而采用高速加工是電極加工的必要條件，電極的精度要求高、生產(chǎn)周期要求短、要求一次完成、盡量避免二次加工等因素使得電極的高速加工成為必然。本文以手機(jī)外殼前模整體電極為例，詳細(xì)論述了此類(lèi)產(chǎn)品的高速加工自動(dòng)編程工藝方案。

1 手機(jī)外殼前模整體電極加工工藝規(guī)劃

手機(jī)外殼前模整體電極由下部分（基準(zhǔn)座）和上部分（成品）組成，電極整體曲面構(gòu)成見(jiàn)圖1。該電極外形包括3D曲面和較小的孔、槽區(qū)域，根據(jù)該結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，擬采用的整體加工工藝規(guī)劃為：整體開(kāi)粗—二次開(kāi)粗—基座精加工—清根加工—曲面精加工—腔體精加工—清根加工。此電極材料為紫銅，電極火花間隙為0．1mm。

2 加工過(guò)程

基準(zhǔn)座加工具體操作方法較簡(jiǎn)單，由于篇幅有限此處不做說(shuō)明。

2．1 整體開(kāi)粗

根據(jù)毛坯尺寸選用D10刀進(jìn)行整體開(kāi)粗，加工方式為型腔銑（CAVITY＿M(jìn)ILL）。拐角處刀路設(shè)置為“光順走刀”，以避免高速加工中換向時(shí)機(jī)床急停產(chǎn)生不穩(wěn)定的切削過(guò)程。開(kāi)放刀路連接設(shè)置為“變換切削方向”，每一層走刀的傳遞方式設(shè)置為“前一平面”，都能減少抬刀的次數(shù)和路程，縮短加工輔助時(shí)間，提高切削效率。整體開(kāi)粗刀路見(jiàn)圖2。

圖1 手機(jī)外殼前模電極整體曲面構(gòu)成

圖2 整體開(kāi)粗刀路

2．2 二次開(kāi)粗

從整體開(kāi)粗刀路中可看出，D10刀無(wú)法進(jìn)入較小的凹槽區(qū)域，測(cè)量到最小凹槽寬度為4．8mm，因此選用D4平底刀進(jìn)行二次開(kāi)粗，加工方式仍采用型腔銑（CAVITY＿M(jìn)ILL）。將毛坯設(shè)置為“參考3D”的方式進(jìn)行二次開(kāi)粗，可保證毛坯為過(guò)程毛坯（IPW）［1］及加工的連貫性。部件余量設(shè)置為0，由于電極加工不同于一般的產(chǎn)品加工，電極需要考慮放電間隙（火花位），一般電極尺寸要比產(chǎn)品尺寸小，故精加工的加工余量為負(fù)值，因此此處的二次開(kāi)粗余量可設(shè)置為0。設(shè)置內(nèi)外公差為0．02，通過(guò)修改公差數(shù)值可提高加工精度，通常精加工公差設(shè)置要比粗加工小。

圖3為二次開(kāi)粗刀路。從圖3（a）中發(fā)現(xiàn)，在耳部的刀路很雜亂，考慮改變區(qū)域起點(diǎn)（下刀點(diǎn)）位置，即自定義兩凸耳頂部為下刀點(diǎn)。同時(shí)基準(zhǔn)座的加工需要獨(dú)立生成刀路，此處暫不需要加工。為防止刀具切到基準(zhǔn)座頂面，選擇基準(zhǔn)座頂面為加工范圍最低面，此時(shí)深度數(shù)值為17．9，將17．9修改為17．7，則可保證刀具無(wú)法加工到基準(zhǔn)座頂面，重新生成刀路，刀路得到改善，見(jiàn)圖3（b）。

圖3 二次開(kāi)粗刀路

2．3 成品外圍整體面精加工

電極的高速精加工策略取決于刀具與工件的接觸點(diǎn)，而刀具與工件的接觸點(diǎn)隨著加工表面的曲面斜率和刀具有效半徑的變化而變化，因此必須根據(jù)各部分的曲面特點(diǎn)采用不同的走刀策略。

二次開(kāi)粗后，各區(qū)域殘料基本均勻，且銅料為易加工料，可不必半精加工。根據(jù)圖1分析，成品的最大外圍面由陡峭曲面和平坦曲面構(gòu)成，因此這兩部分曲面需采用不同的加工方式。由于是一體電極，為保證成品的表面精度，刀具需選用同一把刀。加工策略考慮采用“等高輪廓銑”和“固定軸曲面輪廓銑”兩種刀路銜接的方式共同完成整體電極面的加工。

2．3．1 清根加工

由于整體3D曲面加工用球刀，會(huì)導(dǎo)致根部2D區(qū)域有余量，則用D10平底刀對(duì)成品做清根處理。加工方式為PLANAR＿M(jìn)ILL。考慮后續(xù)電火花加工存在放電間隙，故此處電極精加工余量設(shè)置為－0．01mm。底部余量設(shè)置為0．05mm，可防止刀碰到基準(zhǔn)座頂面，發(fā)生過(guò)切。清根刀路見(jiàn)圖4。

2．3．2 外圍曲面（陡峭部分）加工

固定軸曲面輪廓銑無(wú)法完成陡峭的曲面部分，現(xiàn)用等高加工（ZLEVEL＿PROFILE）方式對(duì)陡峭3D面加工，外圍曲面最小半徑為2mm，則選用R2球刀。加工區(qū)域設(shè)置為 “僅陡峭范圍，60°”，此處設(shè)置陡峭角度為可僅加工陡峭度大于60°的陡峭區(qū)域。選取基準(zhǔn)座頂面設(shè)置為“檢查幾何體”，可防止對(duì)基準(zhǔn)座的過(guò)切。

圖4 清根刀路

圖5為外圍曲面（陡峭）精加工刀路。從圖5（a）看出刀路雜亂，特別在進(jìn)刀處，需要重新設(shè)置下刀點(diǎn)。在兩凸耳頂部和中間直線中點(diǎn)重新設(shè)置3個(gè)下刀點(diǎn)，陡峭角度改為“35°”。重新生成刀路，刀路得到改善，見(jiàn)圖5（b）。

圖5 外圍曲面（陡峭）精加工刀路

2．3．3 外圍曲面（平坦部分）加工

平坦的3D曲面常用固定軸曲面輪廓銑（CONTOUR＿AREA），加工區(qū)域設(shè)置為 “僅非陡峭范圍，40°”，此處僅加工陡峭度小于40°的平坦的曲面區(qū)域，生成的刀路見(jiàn)圖6。由于上一步刀路加工了陡峭度大于35°的曲面區(qū)域，此處加工了陡峭度小于40°的曲面區(qū)域，則說(shuō)明前后兩組刀路有5°的區(qū)域重疊，可保證電極表面加工完全，沒(méi)有殘余料。將前后兩組刀路同時(shí)顯示，可得到電極表面的整體刀路，見(jiàn)圖7。

圖6 外圍曲面（平坦）精加工刀路

2．4 腔體精加工

該電極凹腔存在倒角曲面和豎直壁面，腔體1、2頂部倒角面的最小曲率半徑勻?yàn)?．6mm，腔體2壁面圓弧半徑為1．8mm，則腔體區(qū)域考慮選用D3R0．2牛鼻刀精加工。由于篇幅有限，腔體3精加工操作此處略。

圖7 外圍曲面整體精加工刀路

2．4．1 腔體1頂部倒角R面精加工

該面屬于陡峭的3D曲面，故采用等高加工。圖8為腔體1倒角曲面精加工刀路。從圖8（a）看出，該曲面只產(chǎn)生一條加工刀路，無(wú)法保證表面光潔度，修改每刀深度值，也無(wú)改善。

勾選“延伸刀軌”選項(xiàng)，在邊上延伸0．5，可生成多條刀路。但刀路從上到下間距逐漸變大，可通過(guò)“切削層”選項(xiàng)選擇“最優(yōu)化”，刀路間距變均勻，可保證曲面光潔度，見(jiàn)圖8（b）。

圖8 腔體1倒角曲面精加工刀路

2．4．2 腔體2頂部倒角R面精加工

圖9為腔體2倒角曲面精加工刀路。腔體2頂部倒角面的加工方法和參數(shù)設(shè)置與腔體1一致，但在最后幾步刀路雜亂無(wú)章。分析原因在于該倒角面下方?jīng)]有水平面對(duì)刀路做限制，因此最下方刀路效果不理想。在腔體內(nèi)創(chuàng)建輔助方塊對(duì)倒角R面的刀路起到阻擋作用，以便優(yōu)化刀路。通過(guò)“同步建?！惫ぞ邨l創(chuàng)建輔助體，然后重新選擇倒角R面和輔助體頂面為“切削區(qū)域”。設(shè)置“延伸刀路”選項(xiàng)，重新生成刀路，刀路得到改善，見(jiàn)圖9（b）。

圖9 腔體2倒角曲面精加工刀路

2．4．3 腔體1、2內(nèi)壁面精加工

選用D3R0．2的牛鼻刀對(duì)腔體1、2內(nèi)壁面等高加工，生成的刀路見(jiàn)圖10、圖11。

圖10 腔體1壁面精加工刀路

圖11 腔體2壁面精加工刀路

2．4．4 小角落清根

凸耳根部的小角落底面和壁面都是2D平面，之前的球刀加工會(huì)有殘料剩余，故該區(qū)域需用平底刀進(jìn)行“等高銑”清除殘料。由于使用平底刀進(jìn)行三軸加工時(shí)，部件余量不允許設(shè)置為負(fù)值，此處采取“騙刀法”［2］對(duì)電極加工。“騙刀法”是電極加工常用的加工技巧，具體做法為：將D3刀的直徑修改為2．8mm，生成刀路，而實(shí)際加工中仍采用直徑為3mm的平底刀，則實(shí)際加工中會(huì)產(chǎn)生0．1mm過(guò)切，而達(dá)到部件余量為負(fù)值的效果。此處設(shè)置部件余量為0，同時(shí)繪制矩形將其設(shè)置為“修剪邊界”來(lái)限制加工區(qū)域，生成刀路。

圖12為 小角落精加工刀路。從圖12（a）可看出，在刀路尾部有多余刀路，原因在于耳根底平面的干擾。在“切削區(qū)域”選項(xiàng)中取消選擇耳根底平面，重新生成刀路。完成小角落底平面的加工，可利用“變換”—“平移”命令，將刀路向下平移0．1，使刀路碰到底部，實(shí)現(xiàn)底面加工，見(jiàn)圖12（b）。

圖12 小角落精加工刀路

3 總結(jié)

采用UG軟件制定了手機(jī)電極自動(dòng)編程工藝方案，將各種優(yōu)化措施應(yīng)用其中，大大提高了電極生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。通過(guò)該實(shí)例可看出，制定工藝時(shí)必須考慮不同加工區(qū)域的幾何特征，制定不同的加工策略，通常軟件內(nèi)默認(rèn)的參數(shù)值無(wú)法產(chǎn)生最優(yōu)刀路，必須充分理解各參數(shù)的內(nèi)涵及作用，針對(duì)各種不良刀路情況，修改相關(guān)參數(shù)和采用其他模塊工具命令等方式改善刀路，才能滿足電極高速加工的精度要求，從而提高相關(guān)模具的質(zhì)量、精度和生產(chǎn)效率。

［1］ 云中漫步CAX設(shè)計(jì)教研室．UG6．0數(shù)控加工［M］．北京：清華大學(xué)出版社，2009．

［2］ 錢(qián)楊林，錢(qián)春華．遙控器前模整體電極的數(shù)控加工研究及其應(yīng)用［J］．制造業(yè)自動(dòng)化，2010，32（7）：21－23．