手機(jī)蓋板模具的智能化數(shù)控加工

江蘇遠(yuǎn)宇電子集團(tuán)公司 （常州 213167） 蔡偉榮 蔡辰杰

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

江蘇遠(yuǎn)宇電子集團(tuán)公司加工中心主管蔡偉榮

消費(fèi)類電子產(chǎn)品具有發(fā)展迅速、競(jìng)爭(zhēng)激烈、生產(chǎn)批量大的特點(diǎn)，其產(chǎn)品以便攜化、個(gè)性化、超薄化及時(shí)尚、輕巧、易用等特性，越來越受到消費(fèi)者的青睞，因此大力推進(jìn)模具設(shè)計(jì)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(fèi)類電子產(chǎn)品，現(xiàn)以手機(jī)下蓋板模具數(shù)控加工為例，談?wù)勈謾C(jī)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(jì)

技術(shù)是企業(yè)發(fā)展的原動(dòng)力，我公司的技術(shù)在國(guó)內(nèi)模具行業(yè)比較有優(yōu)勢(shì)，如率先開展了有限元分析和3D設(shè)計(jì)，公司產(chǎn)品從最初的概念設(shè)計(jì)到最后成品組裝，中間需經(jīng)過多個(gè)設(shè)計(jì)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(jì)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(diǎn)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(kù)基礎(chǔ)上，使設(shè)計(jì)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(shí)可靠，加工完成的工件與原始設(shè)計(jì)模型之間不存在系統(tǒng)誤差，零件加工過程中不需要對(duì)系統(tǒng)誤差進(jìn)行修改處理。

（2）市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，為縮短產(chǎn)品交付時(shí)間，通過計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能和分析能力，自動(dòng)產(chǎn)生制造上的許多數(shù)據(jù)，大大減輕制造工程師的負(fù)擔(dān)，由工藝、檢驗(yàn)、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(shí)現(xiàn)模具制造數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。圖1為手機(jī)下蓋板模具下模仁，為保證加工數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠，下模仁成形曲面由CAD提供的手機(jī)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(shí)體化等造型設(shè)計(jì)，最后成為如圖3所示的實(shí)體。此實(shí)體及其生成的相關(guān)圖樣與技術(shù)數(shù)據(jù)，由工藝、檢驗(yàn)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(shí)電極本身產(chǎn)生的熱量較小，損耗也相對(duì)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(diǎn)是紫銅較軟，易產(chǎn)生毛刺，數(shù)控加工時(shí)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(jī)床選用龍門式立柱結(jié)構(gòu)的MAKINO機(jī)床，刀柄選用錐部與主軸端面同時(shí)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(bǔ)償量均相同，編程時(shí)設(shè)置刀具參數(shù)為刀具直徑φ（D－2δ）mm（δ為刀具半徑補(bǔ)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(bǔ)償如圖4所示。

圖 4

電極加工前須對(duì)所有刀具長(zhǎng)度進(jìn)行校準(zhǔn)，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(shí)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(shí)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(shí)，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(jìn)給率進(jìn)行加工，由于主軸轉(zhuǎn)速較高，刀具主軸轉(zhuǎn)速達(dá)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(dá)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(dá)到工藝要求。設(shè)定各參數(shù)后進(jìn)行刀具軌跡模擬，加工程序經(jīng)確認(rèn)無誤后進(jìn)行后置處理，生成數(shù)控機(jī)床識(shí)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(jī)床，在數(shù)控機(jī)床上模擬試運(yùn)行，試運(yùn)行后進(jìn)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(jī)械加工性，淬硬時(shí)優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性。淬火后硬度為53～55HRC。綜合考慮機(jī)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(gè)重要平面需要數(shù)控加工直接銑削到設(shè)計(jì)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(gè)角是為了保證模具精度設(shè)計(jì)的精定位，上、下模仁的四個(gè)角需要配合良好，要求較高。

模仁四個(gè)角的加工是模仁加工的要點(diǎn)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(shí)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(cè)器直接在機(jī)床上檢測(cè)加工后尺寸，影像顯微觀測(cè)器能檢測(cè)常規(guī)量具不能檢測(cè)的尺寸，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)加工中存在的問題，并且測(cè)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(shí)工件兩次裝夾形成積累誤差而造成報(bào)廢，模具關(guān)鍵零件上、下模仁采用影像顯微觀測(cè)器在機(jī)床上檢測(cè)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(jì)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(yàn)室檢驗(yàn)，合格后由檢驗(yàn)人員將加工數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，后道工序相關(guān)人員在網(wǎng)絡(luò)上直接從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取相關(guān)數(shù)據(jù)。

4. 結(jié)語(yǔ)

隨著“中國(guó)制造2025”的戰(zhàn)略布局，大力推進(jìn)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(shí)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(duì)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(jì)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(jì)加工模式，極大地提高了設(shè)計(jì)加工效率，縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期。

本文中手機(jī)下蓋板模具智能化數(shù)控加工表明，在具備先進(jìn)機(jī)床和高檔刀具的同時(shí)，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。