精密模具加工--數(shù)控設(shè)備與技術(shù)

精密模具的制造離不開(kāi)那些先進(jìn)的加工設(shè)備與技術(shù)。模具制造的主要工藝有CNC銑削、慢走絲線切割、電火花、磨、車、測(cè)量、自動(dòng)化等等。國(guó)外先進(jìn)的制造商已開(kāi)始從單純的設(shè)備提供商，發(fā)展為成套解決方案的供應(yīng)商。從目前來(lái)看，無(wú)人化的模具制造成套方案還只能適應(yīng)專業(yè)類模具制造廠商，對(duì)于品種繁多，各式各樣的復(fù)雜模具的制造，由于需要花費(fèi)更多的前期預(yù)調(diào)與準(zhǔn)備時(shí)間，還未得以很好的推廣，但自動(dòng)化發(fā)展是一個(gè)趨勢(shì)，一定會(huì)有更完善的發(fā)展。一起來(lái)看看吧，這些工藝的先進(jìn)設(shè)備與技術(shù)。

一、CNC銑削加工

可以說(shuō)塑膠模具制造行業(yè)的迅猛發(fā)展主要得益于CNC銑削技術(shù)的革新。從傳統(tǒng)的普通銑床到三軸加工中心，再發(fā)展到如今的五軸高速銑削，使得再怎么復(fù)雜的三維型面零件的加工幾乎都可成為現(xiàn)實(shí)，材料的硬度也不再是局限問(wèn)題。塑膠模具的主要型腔、型面都由CNC銑削加工來(lái)完成。

高速銑加工采用小徑銑刀（典型刀具是整體硬質(zhì)合金球頭銑刀，端銑刀和波紋銑刀），高轉(zhuǎn)速（主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)40,000 rpm）、小周期進(jìn)給量，使得生產(chǎn)效率大幅度提高，精度能穩(wěn)定達(dá)到5μm；同時(shí)由于銑削力低，工件熱變形減少，銑削深度較小，而進(jìn)給較快（直線電機(jī)， 高達(dá)80m/min的快移速度，高達(dá)2g的加速度），表面光潔度可達(dá) Ra<0.15 μm。高速銑可加工60HRC的淬硬模具鋼件，因此高速銑加工允許在熱處理以后再進(jìn)行切削加工，使模具制造工藝大大簡(jiǎn)化。國(guó)外先進(jìn)的CNC銑削設(shè)備制造商有瑞士GF加工方案、德國(guó)DMG、德國(guó)哈默、日本牧野、德國(guó)羅德斯、德國(guó)OPS、德國(guó)巨浪、德國(guó)因代克斯、日本山崎馬扎克、日本大偎、美國(guó)哈斯等等。

二、慢走絲線割加工

慢走絲線割加工主要用于各種沖模、塑料模、粉末冶金模等二維及三維直紋面零件的加工。其中加工沖壓模所占的比例要多，沖壓模的凸模、凸模固定板、凹模及卸料板等眾多精密型孔的加工，慢走絲線割加工是不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)。在注塑模具制造中，常見(jiàn)應(yīng)用有鑲件孔、頂針孔、斜頂孔、型腔清角及滑塊等加工，一般來(lái)說(shuō)加工精度要求沒(méi)有沖壓模具那么高。

慢走絲加工是一種高精密的加工方法，高端的機(jī)床可達(dá)到小于3μm的加工精度，表面粗糙度可達(dá)Ra0.05μm。目前已可實(shí)現(xiàn)0.02～0.03 ㎜的電極絲的自動(dòng)穿絲切割，實(shí)用的切割效率可達(dá)200㎜2/min左右。國(guó)外先進(jìn)的慢走絲設(shè)備制造商有瑞士GF加工方案、日本三菱、日本西部、日本沙迪克、日本牧野、日本法蘭克等等。

三、電火花加工

電火花加工適用于精密小型腔、窄縫、溝槽、拐角等復(fù)雜部件的加工。當(dāng)?shù)毒唠y于夠到復(fù)雜表面時(shí)，在需要深度切削的地方，在長(zhǎng)徑比特別高的地方，電火花加工工藝優(yōu)于銑削加工。對(duì)于高技術(shù)零件的加工，銑削電極再放電可提高成功率，相比高昂貴的刀具費(fèi)用相比，放電加工更合適。另外，在規(guī)定了要作電火花精加工的地方，用電火花加工來(lái)提供火花紋表面。

隨著高速銑加工迅速發(fā)展，電火花加工發(fā)展空間受到了一定的擠壓。在此同時(shí)，高速銑也給電火花加工帶來(lái)了更大的技術(shù)進(jìn)步。如：采用高速銑來(lái)制造電極，由于狹小區(qū)域加工的實(shí)現(xiàn)和高質(zhì)量的表面結(jié)果，讓電極的設(shè)計(jì)數(shù)量大大降低。另外用高速銑來(lái)制造電極也可以使生產(chǎn)效率提高到一個(gè)新的層次，并能保證電極的高精度，這樣使電火花加工的精度也提高了。如果型腔的大部分加工由高速銑來(lái)完成，則電火花加工只作為輔助手段去清角修邊，這樣留量更均勻、更少。

精密放電機(jī)在加工面積小于20平方厘米的情況下，可實(shí)現(xiàn)Ra<0.1μm的鏡面電火花加工，及實(shí)現(xiàn)均勻一致的亞光表面及各級(jí)紋面加工。對(duì)于微細(xì)零件，如連接器，可實(shí)現(xiàn)清角小于0.02mm、加工精度在5μm以內(nèi)的結(jié)果。機(jī)床的工藝專家系統(tǒng)，針對(duì)大眾化的加工情況，智能生成的放電參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的加工結(jié)果，對(duì)于特殊、復(fù)雜零件的放電，提供了專用的工藝模塊，如IC、LED、連接器、大型腔、窄縫、RSM紋面等，這些優(yōu)化的工藝是專家經(jīng)驗(yàn)的集成。在機(jī)床配以快速裝夾定位夾具與電極自動(dòng)更換裝置的情況下，即可長(zhǎng)時(shí)間的無(wú)人化自動(dòng)放電加工。

四、磨床加工

磨床是對(duì)零件表面進(jìn)行精加工的精密設(shè)備，尤其是淬硬工件。模具加工使用的磨床主要是平面磨床、內(nèi)外圓磨床、坐標(biāo)磨（PG光學(xué)曲線磨床）。

小平磨床主要用來(lái)加工小尺寸的模具零件，如精密鑲件、精密模仁、滑塊等。大水磨床常用于較大尺寸的模板加工?，F(xiàn)在，平面磨床砂輪線速度和工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)高速化已成為普遍潮流，由于采用了直線導(dǎo)軌、直線電機(jī)、靜壓絲杠等先進(jìn)的功能部件技術(shù)，運(yùn)動(dòng)速度有很大進(jìn)步，另外還不斷完善了砂輪修整技術(shù)。磨頭的垂直進(jìn)給量最小可達(dá)到0.1μm，磨削表面粗糙度Ra<0.05μm，加工精度可控制在1μm以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了超精磨削加工。

模具回轉(zhuǎn)體零件，并且精度要求高，表面光潔度要好的情況，甚至是復(fù)雜的曲面零件，就需要使用高精度外圓磨床來(lái)完成，比如瓶胚注塑模具的哈夫鑲塊零件。使用高速旋轉(zhuǎn)砂輪進(jìn)行磨削加工，可加工硬度較高材料，如淬硬模具鋼、硬質(zhì)合金等。瑞士斯圖特內(nèi)外圓磨床為中型單一部件和批量工件磨削所設(shè)計(jì)的，適用于為個(gè)性化需求定制方案（外圓磨削，非圓成型磨削，螺紋磨削，內(nèi)圓磨削）。

光學(xué)曲線磨床可以磨削孔距精度很高的孔以及各種輪廓形狀。用繪圖儀配合加工，繪圖儀刻畫(huà)出所需加工的圖形在膠片上，膠片貼在投影幕上并校正，加工者將根據(jù)膠片上的成型來(lái)進(jìn)行成型加工。光學(xué)投影研磨適合高硬度材料的成型研磨，例如材質(zhì)為鎢鋼件或硬質(zhì)合金的工件，偶爾也加工一些高速鋼工件。一般加工連接器沖模用刀口及沖頭，端子，精密的半行程沖子，下模入塊和脫料板入子等之類的工件。

比較有名的光學(xué)曲線磨床有瑞士HAUSER、美國(guó)MOORE、日本AMADA。日本AMADA光學(xué)曲線磨床機(jī)其主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)到30000轉(zhuǎn)，加工的精度在2μm以內(nèi)，加工的最小內(nèi)R角為R0.03mm，外R角為R0.02mm，加工異形沖子最薄處可達(dá)到0.06mm，其加工的溝槽深徑比在2:1左右，表面粗糙度Ra可達(dá)0.025μm。

五、數(shù)控車床

數(shù)控車床也是模具車間常用的加工設(shè)備。其加工范圍是所有回轉(zhuǎn)體零件。由于數(shù)控技術(shù)的高度發(fā)展，復(fù)雜形狀的回轉(zhuǎn)體可以通過(guò)編程來(lái)簡(jiǎn)易實(shí)現(xiàn)，并且機(jī)床可以自動(dòng)更換刀具，大幅度提高了生產(chǎn)效率。數(shù)控車床的加工精度與制造技術(shù)日趨完善，甚至有以車代磨的趨勢(shì)。常用來(lái)加工模具中的圓形鑲件、撐頭、定位環(huán)等零件，在筆模、瓶口模具中應(yīng)用較多。事實(shí)上，先進(jìn)的數(shù)控車床其功能已不再局限于“車”，已拓展為車銑復(fù)合一體機(jī)床，一個(gè)復(fù)雜、多工序的零件，甚至可以一次性全部加工搞定。國(guó)外先進(jìn)的數(shù)控車削機(jī)床制造商有德國(guó)DMG、瑞士托納斯、日本山崎馬扎克、德國(guó)舒特、美國(guó)哈挺、美國(guó)哈斯等等。

六、測(cè)量

從模具設(shè)計(jì)初期所涉及的數(shù)字化測(cè)繪，到模具加工工序測(cè)量，到模具驗(yàn)收測(cè)量和后期的模具修復(fù)測(cè)量，高精密測(cè)量設(shè)備發(fā)揮著重要的作用。主要有三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、影像測(cè)量?jī)x，還有適合大型模具現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的便攜式關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)等等。

三坐標(biāo)檢測(cè)是檢驗(yàn)工件的一種精密測(cè)量方法。運(yùn)用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，基于空間點(diǎn)坐標(biāo)的采集和計(jì)算，對(duì)工件進(jìn)行形位公差的檢驗(yàn)和測(cè)量，判斷該工件的誤差是不是在公差范圍之內(nèi)。探測(cè)系統(tǒng)一般由測(cè)頭和接觸式探針構(gòu)成，探針與被測(cè)工件的表面輕微接觸，獲得測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)。在測(cè)量過(guò)程中，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)將工件的各種幾何元素的測(cè)量轉(zhuǎn)化為這些幾何元素上點(diǎn)的坐標(biāo)位置，再由軟件根據(jù)相應(yīng)幾何形狀的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出這些幾何元素的尺寸、形狀、相對(duì)位置等參數(shù)。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)很容易與CAD連接，把測(cè)量結(jié)果實(shí)時(shí)反饋給設(shè)計(jì)及生產(chǎn)部門，借以改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)或生產(chǎn)流程。三坐標(biāo)檢測(cè)有時(shí)也運(yùn)用到逆向工程設(shè)計(jì)。國(guó)外典型的設(shè)備制造商有瑞典?？怂箍?、德國(guó)蔡司、德國(guó)萊茲、日本三豐等等。

影像測(cè)量?jī)x利用影像測(cè)頭采集工件的影像，通過(guò)數(shù)位圖像處理技術(shù)提取各種復(fù)雜形狀工件表面的坐標(biāo)點(diǎn)，再利用坐標(biāo)變換和資料處理技術(shù)轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)測(cè)量空間中的各種幾何要素，從而計(jì)算得到被測(cè)工件的實(shí)際尺寸、形狀和相互位置關(guān)系，可以對(duì)復(fù)雜的工件輪廓和表面形狀進(jìn)行精密測(cè)量。典型的設(shè)備有瑞典?？怂箍怠⑷毡灸峥?、日本三豐等。

七、快速裝夾定位系統(tǒng)與自動(dòng)化

以上介紹了六種模具制造的工藝。事實(shí)上，一個(gè)模具零件往往需要使用多種工藝才能得以制造完成。這個(gè)過(guò)程中，零件要進(jìn)行不斷的裝夾與校正，花費(fèi)了大量的時(shí)間，機(jī)床也是處于閑置狀態(tài)，昂貴的設(shè)備其加工能力并未得到充分的利用。隨著制造業(yè)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈。更短的生產(chǎn)周期是這一發(fā)展趨勢(shì)。國(guó)外的夾具制作商，采用一套穩(wěn)定而精確的基準(zhǔn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了銑削、車、測(cè)量、電火花加工等工藝的統(tǒng)一基準(zhǔn)互換，在機(jī)床上只需一分鐘左右快速完成電極的裝夾與找正，重復(fù)定位精度在3μm以內(nèi)，有效地縮短了設(shè)定時(shí)間，大幅度提高了機(jī)床的實(shí)際運(yùn)行時(shí)間。事實(shí)證明，這是現(xiàn)代化生產(chǎn)的一項(xiàng)必不可少的條件。國(guó)外先進(jìn)的快速裝夾定位系統(tǒng)制造商主要有瑞士GF加工方案System 3R夾具、瑞士EROWA夾具等等。