手表表带的数控雕刻加工.doc

用MasterCAM软件编程在电脑雕刻机上加工手表表带的铜电极叶朝桢 吴光明（东莞理工学校，广东东莞 523015）摘要：本文以一手表的长表带注射模型芯铜电极的数控加工为例，较为详尽地讲述了运用MasterCAM软件进行CAM编程，在电脑雕刻机进行CNC数控加工塑料模具型芯铜电极工艺和步骤。关键词：电脑雕刻；MasterCAM；数控加工CNC processing of a wristband injection mould core copper electrode on CNC crave machine with program of MasterCAMYe Chaozhen Wu Guangming (Dongguan science and technical school of Guang Dong province 523015)Abstract: In this paper, with the example of CNC processing of a wristband injection mould core copper electrode, we introduce the technology and step of CNC processing on CNC crave machine with program of MasterCAM in details.Keywords: CNC crave; MasterCAM; CNC processing1 引言现代化的模具生产中，随着对塑件功能要求的越来越高，塑件内部结构也变得越来越复杂。相应的模具结构也设计得越来越复杂。生产中，通常运用Pro-E、MasterCAM等先进的CADCAM软件先进行产品的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，根据模具型腔的特点，拟定数控加工工艺，输入加工参数，生成刀具路径，生成加工程序并输送到数控机床的控制系统进行自动化加工。复杂模具型芯的生产就简化为单个机械零件的数控自动化生产，大大提高了模具型腔的加工精度和生产效率。但传统的CNC加工中心虽然加工功率大，稳定性好等优点，但是主轴的最大转速受到限制，不适宜使用细小品种的刀具，对于加工铜、铝等软质材料存在光洁度、效率较低等缺点，而高速CNC加工中心价格昂贵。针对这种情况，我们充分利用了我校自行设计的CNC电脑雕刻机，将MasterCAM编制的CAM程序输送到雕刻机的控制系统来加工模具的铜电极，由于雕刻机的转速高达40000转/分，大大提高了加工效果和质量。2 塑件分析和铜电极加工工艺流程手表作为手腕的饰品，表带的设计显得尤为重要，既要可虑它的美观性，又要考虑它的实用性。特别是表带表面的设计，要求光滑又不失流线感，且不能有棱角。如图1所示一款手表表带，表带表面的曲面既有流线感，又有层次感。因为表带是一个实体，表带的前后模型芯都需要进行铜电极加工。因此，对于手表带加工时精确度的要求非常高。材料为ABS，收缩率为5，壁厚均匀1.2mm，表面要求蚀纹处理。主要有以下几个难点：(1) 表带表面为几组曲面的组合体，交接处为尖角；(2) 表带带扣孔小，孔口圆滑；(3) 装饰位多，曲面小而复杂；图13 铜电极的CAM数控编程加工表带的数控编程较为繁琐，应用到的刀具小而多，进行残料清除时容易产生接痕，关键是如何拟定数控加工工艺的步骤。在此以长表带前模铜电极为例，具体地阐述表带的数控编程及其加工。图4是长表带的前模铜电极图，最大外形整体向下延伸了8mm便于电火花加工。根据长表带前模铜电极的加工示意图，拟定了数控加工工艺，主要分成如下几个步骤： 图 43.1表带扣孔位钻孔 Drill表带扣位孔径较小，用铣刀进行粗加工比较困难，先采用钻孔的方法进行粗加工。选用1.6的钻头，进给率100mm/min，下刀速率500mm/min，抬刀速率3000mm/min，主轴转速S=12000转/分。采用Peck drill深孔钻的钻孔循环指令，Z方向最大深度为-3.0mm。刀路轨迹如图5。图 53.2外形粗加工Contour 及曲面粗加工Surface Finish Parallel外形的粗加工Contour，选用10的平底刀加工，留下0.2mm的加工余量，进给率4000mm/min，下刀速率500mm/min，抬刀速率4000mm/min，主轴转速S=8000转/分。切削公差0.025，Z方向最大步距Max Stepdown0.3mm，进退刀具采用圆弧轨迹来保证加工面的光滑。在深度上留有余量0.15mm来控制加工。曲面的粗加工Surface Finish Parallel，选用10的平底刀加工，留下0.2mm的加工余量，进给率4000mm/min，下刀速率500mm/min，抬刀速率4000mm/min，主轴转速S=8000转/分。切削公差0.025，最大切削间距Max Stepdown0.3mm，加工角度为45度。刀路轨迹如图6。图 63.3表带与表壳装配位精加工Contour因装配位为尖角，为提高加工效率，这里采取常用的Contour，选用2的平底钨钢刀进行精加工，加工余量为0.1mm，进给率1600mm/min，下刀速率500 mm/min，抬刀速率5000mm/min，主轴转速S=14000转/分，Z方向最大步距0.06mm。刀路轨迹如图7。图 73.5表带装饰位粗加工Surface Finish Pocket装饰位深且圆角小，选用1.5的进口钨钢圆底高速刀加工，进给率1600mm/min，下刀速率500mm/min，抬刀速率4000mm/min，主轴转速S=16000转/分。切削最大步距Max Stepover 1.0mm，加工余量为0.1。刀路轨迹如图9。图 93.6表带曲面平行式精加工Surface Finish Parallel表带铜电极表面曲面小而多，而且有很多尖角，无法一次性直接清角加工出来，采用平行铣削加工Surface Finish Parallel 先行加工整体曲面，清角由后面3.9完成。选用3.0R1.5的球头钨钢刀进行加工，进给率1600mm/min，下刀速率500mm/min，抬刀速率4000mm/min，主轴转速S=16000转/分，最大切削间距Max Stepdown0.1mm，加工角度为45度，加工余量为-0.1（火花间隙）。刀路轨迹如图10。图 103.7表带与表壳装配位及装饰位曲面平行式精加工Surface Finish Parallel与表壳装配位及装饰曲面的二次精加工，为进一步清铣尖角或细小倒圆角的残留余量，选用 2R1两刃球头钨钢刀加工，进给率1000mm/min，下刀速率500mm/min，抬刀速率2000mm/min，主轴转速S=18000转/分。切削最大步距Max Stepover 0.06mm，加工角度machine angle 45度, 加工余量为-0.05（火花间隙），采用Zig-Zag往复式切削，为避免浪费太多时间在已加工好的曲面上，用一外行线Contour限制刀具的切削范围。刀路轨迹如图9。图 93.9表带曲面尖角位精加工Surface Finish Parallel表带表面尖角的加工，由于其曲面小、角尖，加工难度相对比较大。根据电脑雕刻机主轴高速、灵活、移动速度快而抗扭力小的特点，利用小刀径，高转速的优势，（普通CNC达不到这种转速），达到清角的效果。选用1R0.5的球头钨钢刀进行加工，进给率700mm/min，下刀速率500mm/min，抬刀速率4000mm/min，主轴转速S=24000转/分，平行铣削切削最大步距Max Stepover 0.03mm。刀路轨迹如图11。图 113.10表带扣位孔口倒圆角及装饰位精加工Surface Finish Contour孔口倒圆角及装饰位凹位的加工，由于其曲面小，加工难度相对比较大。这里可以孔口倒圆角采用等高外形精加工Surface Finish contour加工，装饰位凹位采用3D环绕等距加工Surface Finish Constant Scallop，达到清角的效果。选用1R0.5的球头钨钢刀进行加工，进给率700mm/min，下刀速率500mm/min，抬刀速率4000mm/min，主轴转速S=24000转/分，等高外形Z方向步距为0.03mm(等高外形要限制切削高度)，平行铣削切削最大步距Max Stepover 0.03mm。刀路轨迹如图12。图 124 结束语CNC电脑雕刻机有着性价比高、转速高、加工软质材料效率高、光洁度好等优点，因此，应用先进的PRO-E、MasterCAM等软件进行CADCAM设计加工，并将最终的CAM程序传输给电脑雕刻机执行，将CNC电脑雕刻和CNC数控加工有机地结合起来。使CNC电脑雕刻成为模具加工不可缺少的辅助加工手段，有着广泛的应用前景和市场。参考文献31. 严烈. MasterCAM模具设计超级宝典. 北京: 冶金工业出版社, 2000 (第一版). 2. 史翔. 模具CADCAM技术及应用. 北京: 机械工业出版社, 2001.作者简介：叶朝桢（1969-），男，高级讲师、工程师，华南理工大学在读MSE软件工程硕士研究生，主要从事电脑雕刻、模具加工、CADCAM数控技术的研究。地址：广东省东莞市城区学院路106号，东莞理工学校，电话：(0769) 2200090-303E-mail: 手机NC processing of mobile telephone shell injection mould core copper electrode on CNC crave machine with program of MasterCAM Ye Chaozhen Wu Guangming(Dongguan science and technical school of Guang Dong province 523015)Abstract: In this paper, with the example of CNC pro