手機面殼塑膠模具型腔零件的高速加工編程

摘 要：文章討論模具零件應用高速加工技術時的編程方法。針對模具交期短，常規方法加工困難等情況，通過采用高速加工技術，優化編程策略，選擇合適刀具，采用最佳切削工藝，來達到生產預期目標。

關鍵詞：高速加工編程；塑膠模具；解決方案

1 前言

塑膠模具零件由于外形復雜且精度要求較高，廣泛采用數控加工技術。科技的進步，使得加工設備和加工技術也有了極大的發展。隨著高速數控銑床和高速加工中心等設備的發展進步，模具零件運用高速加工技術己成為了一個緊迫的課題。高速數控銑床和高速加工中心的主軸轉速和進給速度高，應用于模具生產中將會提高生產效率，提高模具的加工精度和表面質量，但是高速數控銑床和高速加工中心有其自身的使用特點，這就要求我們在使用時轉變已有的思維方式及工作方法，最大限度的發揮先進設備的作用。

2 問題的提出

曾經接手一套手機面殼塑膠模具，交貨期非常短，要求在十二天內第一次試模。圖1為手機面殼塑膠模具的型腔零件示意圖，此型腔零件外形尺寸為198*108*40.5，材料為NAK80鋼，預硬HRC38～42，型腔表面要求粗糙度為Ra0.4。此型腔零件形狀結構較復雜，存在大量R0.5的小凹圓角，且材料為NAK80鋼材，硬度較大。如此小圓角的結構如果用機加工方法加工需要應用R0.5的球刀才可以完成。普通數控銑床加工時主軸轉速低、刀具切削力大，而R0.5的球刀相對來說比較脆弱，容易斷刀，因而難以完成此零件的加工。按傳統的加工工藝，如此小圓角結構的零件用普通數控銑床加工無法完成時，需進行銑削——電火花——拋光的工藝過程，因為電火花加工是個很慢的過程，耗時長，還需要額外的步驟去制作電極，而且，放電以后模具表面的火花紋需要大量時間拋光去除。累計起來時間上無法滿足模具交貨期限。

3 解決方案

由于傳統的加工工藝無法滿足要求，必須尋求新的加工方案。相對普通數控銑削加工，如果將高速數控銑削工藝用于此手機面殼模具的型腔的加工，則能夠產生較好效果：

3.1 縮短此零件的機加工時間

此型腔零件形狀較復雜，材料為NAK80鋼，預硬HRC38～42。普通數控銑削加工較困難。高速銑削工藝一般采用高的銑削速度，適當的進給量，小的徑向和軸向銑削深度。高速銑削工藝用于此零件加工，切削力較小且銑削速度較快，材料去除率高。能大大提高加工生產率，縮短機加工時間。

3.2 改善加工精度和表面質量

高速數控銑床具備高剛性和高精度等性能，同時，加工時銑削力較小，工件變形小。所以，高速銑削加工的加工精度較高，所得到的表面粗糙度較小。高速銑削加工的表面粗糙度可達Ra0.8～0.4。

3.3 有利于使用直徑較小的刀具

此型腔零件形狀較復雜，存在大量R0.5的小凹圓角。高速銑削較小的銑削力適合使用小直徑的刀具，在小凹圓角部位用銑削替代電火花加工，可以減少放電加工工作量或避免放電加工，同時，省去了額外的制作電極的步驟，也不需要消耗大量時間拋光因放電產生的火花紋表面，縮短工藝路線，節省大量時間，進而大大提高加工生產率。

綜上所述，手機面殼塑膠模具的型腔零件通過高速銑削加工，能縮短此零件的機加工時間，減少電火花加工工作量和減少拋光加工時間。

4 手機面殼塑膠模具型腔零件的加工策略與數控編程

此手機面殼塑膠模具的型腔零件的技術要求為：型腔零件材料為NAK80鋼，預硬HRC38～42，型腔表面粗糙度為Ra0.4。通過對零件結構分析可知，為達到此手機面殼塑膠模具的型腔零件的技術與裝配要求，在模具加工時應注意以下問題：

手機面殼塑膠模具型腔分型面為曲面，加工時滿足曲面輪廓度要求，才能使型腔分型面與型芯分型面很好吻合，確保模具實際生產時不出現飛邊缺陷。

手機面殼塑膠模具型腔上有多個碰貼面亦為曲面，加工時也要滿足曲面輪廓度要求，同時應控制好碰貼面與分型面相對位置。

手機面殼塑膠模具型腔上有大量R0.5的凹圓角，需用R0.5的球刀進行最后的精加工才能得到如此小的圓角。

為實現上述的手機面殼塑膠模具型腔零件的技術與裝配要求，采用粗加工——半精加工——精加工步驟來進行零件的加工。

UGNX是目前功能比較強大的CAD/CAM軟件，它為我們提供了功能齊全而且靈活的編程功能，UGNX6是目前應用廣泛的版本，采用它來進行手機面殼塑膠模具型腔的加工編程能夠比較好的實現零件的高速加工。

5 粗加工

5.1 首次粗加工

粗加工的目的是為了盡可能快地去除毛坯材料，得到接近最終的零件形狀。加工效率是粗加工主要考慮的因素，在機床、刀具允許的情況下，用盡量大的刀具及加工切削參數，如機床主軸轉速S、切削進給量f、軸向切深ap、切削步距ae等。日立SH系列機夾刀具加工能力比較強，能切削最高硬度為HRC45的鋼材，適合加工NAK80鋼。為了盡可能快地去除毛坯材料，選用日立SH系列機夾刀具及合適的切削參數來進行銑削粗加工。

在高速加工過程中刀位軌跡中如何處理拐角是十分重要的。為了生成優化的高速銑削加工軌跡，自動編程軟件必須有效處理刀位軌跡的尖角。高速銑削的拐角處理須將存在于刀位軌跡中的尖角變成圓弧。如果存在這些尖角，機床控制器的預覽功能則會發現它們，加工時機床會提前降低進給率。切削拐角時，如果自動編程系統軟件能生成流暢的刀具運動軌跡，加工時就可以保持更一致的高速進給率。UGNX6為我們提供了完善的加工程序拐角控制功能，如圖2示。

5.2 二次粗加工

首次開粗加工用了大直徑的刀具進行加工，但零件上還有許多大的刀具加工不到的部位。UGNX6引入了“二次粗加工”的思想，它以“毛坯殘留知識”算法的為核心。它的工作過程是：先執行首次粗加工，將加工得到的形狀作為生成下次粗加工刀位軌跡的新毛坯。然后，根據新毛坯，使用各種的走刀方式進行粗加工。整個切削策略則是始終讓刀具切削到材料，減少空走刀，從而使切削結果更為有效。

5.2.1 半精加工

半精加工的主要任務是使零件的表面達到一定的精度，同時留出均勻的余量為精加工作準備。只有半精加工時留出均勻的余量才能確保零件在精加工時加工表面達到規定的尺寸精度和表面粗糙度要求。

完成二次粗加工后，零件上還有許多加工不到的細部結構。還須用多把由大到小的刀進一步完成毛坯殘料去除工作，直至整個零件都只保留了均勻的余量給精加工。

5.2.2 精加工

精加工的主要任務是保證加工表面達到規定的尺寸精度和表面粗糙度要求。高速銑削精加工主要考慮加工效率、加工表面質量、刀具磨損以及加工成本。根據零件不同的表面特性，需選擇不同的刀具和加工工藝參數對零件的外側面、底面、分型面、膠位面、碰貼面進行精加工，此外，還需用清根的方法對多處小凹圓角進行精加工。

5.2.3 手機面殼塑膠模具型腔切削模擬

型腔零件編程完成后，可以對所編制的加工刀具路徑進行模擬加工，來檢驗所編制的加工刀路是否正確合理，模擬結果如圖3所示。

3 結束語

手機面殼塑膠模具的型腔零件采用高速銑削方法進行加工，零件上除了局部小于R0.5的部位仍然需由電火花等后續其它加工手段進行加工外，型腔零件大部分的尺寸已能夠滿足圖紙的要求，且零件的表面粗糙度可達到Ra0.8，后續經過少量的手工拋光， 零件的表面粗糙度也能夠滿足圖紙的要求。相比傳統的加工方法，采用高速銑削加工，可以極大地減少電火花加工和拋光加工時間，減少電火花加工所需電極的數量及電極準備的時間和工作量，從而縮短了產品的交貨期，滿足客戶的需要。

參考文獻

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