手机外壳的数控雕刻加工

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1、1用用 MasterCAM 软件编程在电脑雕刻机上加工软件编程在电脑雕刻机上加工手机外壳模具的铜电极手机外壳模具的铜电极吴光明 陈伟金(2004-194) （东莞理工学校，广东东莞 523015） 摘要摘要：本文以一手机外壳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。 关键词关键词：电脑雕刻；MasterCAM；数控加工CNC processing of mobile telephone shell injection mould core copper electrode

2、on CNC crave machine with program of MasterCAMWu Guangming Chen Weijin(Dongguan science and technical school of Guang Dong province 523015)Abstract: In this paper, with the example of CNC processing of a mobile telephone shell injection mould core copper electrode, we introduce the technology and st

3、ep of CNC processing on CNC crave machine with program of MasterCAM in details. Keywords: CNC crave; MasterCAM; CNC processing1 引言引言 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

4、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

5、分析和铜电极加工工艺流程塑件分析和铜电极加工工艺流程 时尚手机越来越趋向小巧玲珑，曲面设计得很有流线感，各零件之间配合得非常严密， 因此对于手机外壳各方面的精度要求也越来越高。如图 1 所示为一小型手机外壳的面盖， 材料为 ABS，收缩率为 5，壁厚均匀 1.2mm，表面要求蚀纹处理。塑件有许多按键及屏 幕的凹的型腔，而且凹的型腔的倒圆角都非常小，是一个复杂多曲面的典型零件。主要有 以下几个难点： (1) 按钮位的平面圆角较小，并且分为两级； (2) 与翻盖配合的曲面尖角比较多； (3) 听筒和麦克风的位置孔非常小，曲面小而复杂；2(4) 与透明镜配合位置有尖角，且配合尺寸要求高。图 1 手机

6、面盖 3D 实体图 3 铜电极的铜电极的 CAM 数控编程加工数控编程加工 用 Pro-E 软件对面盖进行分模处理，图 2 是手机面盖的前模铜电极图，整个外形向下 延伸了 5mm 便于电火花加工，按钮孔及显示屏处凹位也都分别向下延伸了 0.5mm，用平 面封闭起来。根据手机面盖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 2 手机面盖前模铜电极图 3.13.1 曲面挖槽粗加工（曲面挖槽粗加工（Surface rough pocket）3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，选用10 的平底刀 加工，留下 0.35mm 的加工余量，进给率 5000m

7、m/min，下刀速率 500mm/min，抬刀速率 3000mm/min，主轴转速 S=6000 转/分。采用平行螺旋线铣削（Parallel Spiral） ，Z 方向最大 步距 0.3mm，刀具重叠占有的百分比 75.0%，刀具重叠间距 7.5mm，进刀要求在刀具中心 轨迹边界外部下刀（plunge outside tool center boundary） 。刀路轨迹如图 3。 3.23.2 曲面等高外形半精加工（曲面等高外形半精加工（Surface Finish contour） 为进一步清铣尖角或细小倒圆角的残留余量，选用6 的平底刀加工，留下 0.15mm 的 加工余量，进给率 4

8、000mm/min，下刀速率 500mm/min，抬刀速率 4000mm/min，主轴转速 S=7000 转/分。切削公差 0.025，Z 方向最大步距 0.2mm，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 0.2mm 来控制加工。刀路轨迹如图 4。图 3 挖槽粗加工刀路轨迹图 4 等高外形半精加工刀路轨迹 3.3 曲面的外形加工（曲面的外形加工（Contour） 选用8 的平底钨钢刀精加工铜电极外形，加工余量设置为0.1mm（过切 0.1mm 预留 电火花加工单边间隙） ，主轴转速 S=6000 转/分，进给率 800mm/min，下刀速率 500mm/min，抬刀速率 4

9、000mm/min，采用多层铣削，进退刀具采用圆弧轨迹来保证加工面 的光滑。刀路轨迹如图 5。4图 5 外形加工刀路轨迹3.4 按钮部位的凹位粗加工（按钮部位的凹位粗加工（Contour） 因按钮部位较小，为提高加工效率，这里不采取常用的 Pocket，选用2 的平底钨钢刀 进行粗加工，留下 0.1mm 的加工余量，进给率 1600mm/min，下刀速率 500 mm/min，抬刀 速率 5000mm/min，主轴转速 S=12000 转/分。采用 Ramp 斜向铣削加工，Z 方向最大步距 0.06mm。刀路轨迹如图 6。图 6 凹位粗加工刀路轨迹 3.5 铜电极所有曲面精加工（铜电极所有曲面

10、精加工（Surface Finish Parallel） 选用4R2 的进口钨钢圆底高速刀加工，进给率 2000mm/min，下刀速率 500mm/min， 抬刀速率 4000mm/min，主轴转速 S=8000 转/分。切削最大步距 0.25mm，过滤公差为 0.03。加工角度 machine angle 为 45。刀路轨迹如图 7。5图 7 曲面精加工刀路轨迹 3.6 按钮部位及曲面与曲面之间夹角的精加工（按钮部位及曲面与曲面之间夹角的精加工（Surface Finish contour） 对于铜电极按钮部分及其与翻盖的配合面，由于曲面小而多，无法一次性直接清角加 工出来，这里采用等高外形

11、精加工与平行铣削加工结合起来，使达到清角的效果。选用 1.5 的平底钨钢刀进行加工，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，Z 方向步距为 0.05mm， 。刀路轨迹如图 8。图 8 夹角精加工刀路轨迹 3.7 按钮部位及曲面平行式精加工（按钮部位及曲面平行式精加工（Surface Finish Parallel） 按钮部位及曲面的二次精加工，选用 1 两刃平底钨钢刀加工，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

12、距Max Stepover 0.1mm，加工角度 45 度,采用往复式（Zig-Zag）切削，为避免浪费太多时间 工好的分型面，在深度限制上可将最大 Z 的深度提升 0.1mm，最后再用精加工外形进行清 角。刀路轨迹如图 9。6图 9 平行式精加工刀路轨迹 3.8 听筒及麦克风等凹位的精加工听筒及麦克风等凹位的精加工 手机面盖铜电极听筒及麦克风等凹位的加工，由于其曲面小、角尖，加工难度相对比 较大。这里可以采用等高外形精加工与平行铣削加工结合起来，达到清角的效果。选用 0.5 的平底钨钢刀进行加工，进给率 1000mm/min，下刀速率 500mm/min，抬刀速率 4000mm/min，主轴

13、转速 S=23000 转/分，等高外形 Z 方向步距为 0.03mm，平行铣削切削最 大步距 0.03mm。刀路轨迹如图 10。图 10 凹位精加工刀路轨迹 3.93.9 加工编程的两个小技巧：加工编程的两个小技巧： 由于 MasterCAM 刀具路径中，平底铣刀的加工余量预留值不能定义为负值，所以用平 底铣刀精加工曲面时，若想预留放电火花加工的放电间隙就变得很困难。可以采用以下的 两种解决方法： 3.9.1 刀具直径参数设置为=刀具直径 - 电火花放电间隙2（双边的间隙） ，加工时 Z 方 向降低值设定为：电火花放电间隙1（单边的间隙） ，加工余量为 0mm； 3.9.2 将实际使用的平底刀

14、(end mill)设计成牛头刀（Bull mill）刀具，牛头刀刀具直径 参数设定等于平底刀的刀具直径，假设电火花加工单边间隙为 0.1mm，将牛头刀刀具圆角 半径（Corner radius）设置为 0.1mm，加工余量设置为-0.1mm。 （过切 0.1mm 预留电火花7加工单边间隙） 4 4 结束语结束语 雕刻加工是饱含着人类高智能和高技能的工匠型劳动，当代雕刻制造技术正经历着手 工雕刻向 CNC 雕刻的变革。而专业的雕刻 CAD 软件来支持这一变革的基础。CNC 雕刻机与 其它 CNC 设备（如 CNC 加工中心和 CNC 数控铣）一样，其加工基础是计算机辅助设计数据。 这是雕刻 C

15、AD 功能的关键所在。目前国内外比较先进的电脑雕刻软件的功能各有所长。模 具工业是国民经济的基础工业之一。模具制造业现代化程度集中反映了一个地区乃至一个 国家制造业的水平。制造业中与模具相关的产品占了很大的比重，如五金、家电、玩具、 塑料、仪器、仪表、工艺品、包装制品等几乎都离不开模具，它广泛应用于鞋模、塑胶射 出模。也广泛使用于精密模具业、精密加工业、精密模型业等行业。和传统的 CNC 数控设 备相比，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

16、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。参考文献参考文献 1.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：吴光明（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) 2200090-252 E-mail: 手机：13326876892CNC processing of mobile telephone shell injection mould core copper electrode on CNC crave machine w