手機外殼模具高速銑削加工案例

甘肅畜牧工程職業技術學院機械工程系副教授 劉玉春

模具作為模壓產品生產的關鍵工裝，其設計與生產周期日益成為其新產品開發周期的決定因素。數控高速切削制造技術促進了機械冷加工制造業的飛速發展，革新了產品設計概念，如通過采用整體件加工取代零部件的分項制造裝配，提高了加工效率和產品質量，縮短了產品制造周期。高速切削加速了汽車、模具、航空、機械、光學、家電等產品的更新換代，加速了制造技術與裝備的升級，推動了企業技術進步。本文以手機外殼模具高速銑削加工為例來闡述數控銑床高速切削加工的優勢。

高速切削加工應用的關鍵技術

數控高速切削加工作為模具制造中最為重要的一項先進制造技術，是集高效、優質、低耗于一身的先進制造技術。在常規切削加工中備受困擾的一系列問題，通過高速切削加工的應用得到了解決。而且在高速銑削CNC加工中心上，模具一次裝夾可完成多工步加工。這些優點在資金回轉要求快、交貨時間緊急、產品競爭激烈的模具、3C等行業是非常適宜的。

高速加工切削系統主要由可滿足高速切削的高速加工中心、高性能的刀具夾持系統、高速切削刀具、安全可靠的高速切削CAM軟件系統等構成，因此，高速加工實質上是一項大的系統工程。在這項工程中對數控編程系統的要求越來越高，價格昂貴的高速加工設備對軟件提出了更高的安全性和有效性要求。高速切削有著比傳統切削特殊的工藝要求，除了要有高速切削機床和高速切削刀具外，具有合適的CAM編程軟件也是至關重要的。高速切削編程首先要注意加工方法的安全性和有效性；其次，要盡一切可能保證刀具軌跡光滑平穩，不然會直接影響加工質量和機床主軸等零件的壽命；最后，要盡量使刀具載荷均勻，不然會直接影響刀具的壽命。

在高速銑削編程中的常用策略和常用CAM軟件

高速加工包括以去除余量為目的的粗加工、殘留粗加工，以及以獲取高質量的加工表面及細微結構為目的的半精加工、精加工和鏡面加工等。高速精加工策略包括三維偏置、等高精加工和最佳等高精加工、螺旋等高精加工等策略。這些策略可保證切削過程光順、穩定，確保能快速切除工件上的材料，得到高精度、光滑的切削表面。精加工的基本要求是要獲得很高的精度、光滑的零件表面質量，輕松實現精細區域的加工，如小的圓角、溝槽等。

一般情況下，高速加工編程時間比一般加工編程時間要長得多。為了保證高速加工設備足夠的使用率，需配置更多的CAM人員。高速切削有著比傳統切削特殊的工藝要求，除了高速切削機床和高速切削刀具，具有合適的C A M編程軟件也是至關重要的。國內外比較成熟、適用于高速加工編程的有美國EDS公司UnigraphicsNX、英國DelCAM公司的PowerMill、以色列的Cimatron軟件。

手機外殼模具高速銑削加工應用案例

在現代化的模具生產中，隨著對零件功能要求的提高，零件內部結構也變得越來越復雜，相應的模具結構設計制造工藝方法也隨之復雜化。例如在手機模具制造中所采用的新的設計制造工藝方法路線：首先利用Pro/ENGINEER或MasterCAM等先進的CAD/CAM軟件進行產品的3D圖形設計，如圖1所示手機外殼3D設計圖；然后根據產品的特點設計模具結構，生成模具型腔分模圖，如圖2所示手機外殼分模圖；再在MasterCAM中根據模具型腔的特點繪制CNC數控加工工藝圖，擬定數控加工工藝路線，輸入加工參數，生成刀具路徑；最后進行三維加工動態仿真，生成加工程序，并輸送到數控機床進行自動加工。這些加工步驟是現代化模具生產的過程和發展趨勢，它使復雜模具型芯的生產簡化為單個機械零件的數控自動化生產，全部模具設計和數控加工編程過程都可以借助CAD/CAM軟件在計算機上完成。它改變了傳統的模具制造手段，有效地縮短了模具制造周期，大大提高了模具的質量、精度和生產效率。

圖1 手機外殼3D設計圖

圖2 手機外殼分模圖

這個應用案例是采用高速銑機床MIKRONHSM500加工手機外殼模具。該機型行程：500mm×450mm×350mm，快移速度40m/min，加速度1.7g，刀庫數量36把，主軸轉速42 000r/min，刀柄型號 HSK E40，數控系統海德漢iTNC530。

該試件材料：S136H鋼，硬度52HRC，尺寸：170mm×110mm×50mm。該加工的難度在于材料硬度高，在一些細小部分要反復地使用小刀具（1mm直徑的刀具），分型面要求很高的精度，在加工中，需要在精度、表面粗糙度和加工效率上這些相對矛盾的因素中做出最佳選擇。最后加工出來的結果比較好，圖3為手機外殼模具加工成形圖。粗加工時間用了2h54min，精加工時間用了4h5min，總的時間約7h，最后的表面粗糙度值Ra＝0.26μm。從這個例子中可以看出，利用高速銑削，可以加工越來越硬的材料，原來不能用銑削工藝的，現在完全可以。由于主軸轉速越來越高，就可以選擇用越來越小的刀具，從而拓展了銑削加工的范圍。

圖3 手機外殼模具加工成形圖

結語

伴隨著國內數控機床行業的快速發展，高速度、亞微米精加工時代已經來臨，由于3C產品多樣化而快速生產的特點，使得精密小型快速加工需求攀升，高速切削機床的市場容量急劇增加。所以高速加工技術是未來切削加工的方向，它將極大地促進加工效率的提高和產品品質的改善。正如前文所述，高速加工是一個系統工程，必須從軟件、硬件及設備方面全方位地改革創新，才能發揮其具有傳統加工無可比擬的優勢。