1.2 了解工业产品的研发与设计
许多人由于受所学专业限制,对整个产品的开发流程不甚了解,这也增加了数控加工编程的学习难度。许多工厂数控编程工程师不仅要掌握数控工业制造和数控编程技术,还要懂得如何进行产品设计、如何修改产品、如何制作出产品的模具结构。
一个合格的产品设计工程师,如果不懂得模具结构设计和数控加工理论知识,那么在设计产品时就会脱离实际,导致无法开模和加工生产出产品。同样,模具工程师也要懂得产品结构设计和数控加工知识,因为这会让他清楚地知道如何修改产品,如何节约加工成本,从而设计出结构更加简易的模具。数控编程是最后一个环节,数控编程工程师除了要掌握数控加工知识,还要明白如何有效地拆电极、拆模具镶件,以降低加工成本。总而言之,掌握多样化的知识,能在以后求职时获得更多、更适合自己的工作岗位。
总的说来,一个成熟的产品从开始策划到最后进入消费者手中,要经历3个重要的设计阶段:产品设计阶段、模具设计阶段和加工制造阶段。
1.2.1 产品设计阶段
一般产品的开发包括以下几个方面的内容。
(1)市场研究与产品流行趋势分析:构想,进行市场调研。
(2)概念设计与产品规划:外形与功能。
(3)3D造型设计:外观曲线和曲面、材质和色彩造型确认。
(4)结构设计:零件和组装。
(5)模型开发:简易模型、快速模型(R.P)。
1.市场研究与产品流行趋势分析
任何一款新产品在开发之初,都要进行市场调研。产品设计策略必须建立在客观的调查之上,这样专业的分析推论才有正确的依据。产品设计策略不仅要适合企业自身的特点,还要适合市场的发展趋势和消费者的消费需求。同时,产品设计策略也必须与企业的品牌、营销等策略相符合。
下面介绍一个热水器项目。
该项目是由深圳市嘉兰图设计有限公司完成的,针对“润星泰”电热水器目前的情况,通过产品设计策划,完成了3套主题设计,全面提升原有产品的核心市场地位,树立了品牌形象。
(1)热水器行业分析。
热水器产品比较(表1-2):目前市场上有4种热水器:燃气热水器、储水式电热水器、即热式电热器、太阳能热水器。各个产品具有各自的优劣势,各自拥有相应的用户群体。其中,即热式热水器凭借其安全、小巧和时尚的特点,正在越来越多地被年轻时尚(新房装修)一类群体接受。
表1-2 热水器产品比较
热水器产品市场占有率的变化:由于能源价格不断攀升,燃气热水器的竞争优势逐渐丧失,“气弱电强”已成定局,整个电热水器的市场机会增加!数据显示,近两年来即热式电热水器行业的年增长率超过100%,可称得上是家电行业增长最快的产品之一。2006年,国内即热式电热水器的市场销售总量已达60万台。预计未来3~5年内,即热式电热水器将继续保持50%以上的高速增长率。如图1-19所示为即热式热水器、储水式电热水器、燃气热水器和太阳能热水器的市场占有率分析图表。
图1-19 热水器市场占有率分析图
即热式热水器发展现状(见图1-20):除了早期介入市场已经形成一定规模的奥特朗、哈佛、斯狄沨等品牌,快速电热水器市场比较混乱,绝大部分快速电热水器生产企业不具备技术和研发优势,无一定规模且售后服务不完善,也缺乏资金实力等。
图1-20 即热式电热水器发展现状
分析总结:目前进入即热式热水器领域的时机较好。
① 市场培育基本成熟,目前进入市场无须推广费用,风险小。
② 行业品牌集中程度不高,没有形成垄断经营局面,基本上仍然处于完全竞争状态,对新进入者来说是个机会。
③ 行业标准尚未建立,没有技术壁垒。
④ 产品处在产品生命周期中的高速成长期,目前利润空间较大。
(2)即热式热水器竞争格局。
● 产品组合策略:凭借设计、研发实力,开发出满足不同需要、不同场所、从中档到高档五大系列共几十个品种的产品。
● 产品线策略:根据常理,在新产品上市初期应尽量降低风险,采用短而窄的产品线,奥特朗反其道而行之,采用了长而宽的产品线策略。一方面,强化快速电热水器已经是主流热水器产品的有形证据,让顾客感觉到快速电热水器已经不是边缘产品,另一方面,以强势系列产品与传统储水式和燃气热水器进行对抗,强化行业领导者形象。
2.概念设计与产品规划
在概念设计与产品规划阶段,将有关市场机会、竞争力、技术可行性、生产需求的信息综合起来,确定新产品的框架,包括新产品的概念设计、目标市场、期望性能的水平、投资需求与财务影响。在决定开发某一新产品之前,企业还可以通过小规模实验,对概念、观点进行验证。实验可包括样品制作和征求潜在顾客意见。
(1)产品设计规划。
产品设计规划是依据企业整体发展战略目标和现有情况,结合外部动态形势,合理地制订本企业产品的全面发展方向和实施方案,以及一些关于周期、进度等的具体问题。产品设计规划在时间上要领先于产品开发阶段,并参与产品开发全过程。
产品设计规划的主要内容包括:
● 产品项目的整体开发时间和阶段任务时间计划。
● 确定各个部门和具体人员各自的工作,以及相互关系与合作要求,明确责任和义务,建立奖惩制度。
● 结合企业长期战略,确定该项目具体产品的开发特性、目标、要求等内容。
● 产品设计及生产的监控和阶段评估。
● 产品承担风险能力的预测和分布。
● 产品宣传与推广。
● 产品营销策略。
● 产品市场反馈及分析。
● 建立产品档案。
这些内容都在产品设计启动前安排,虽然这些具体工作涉及不同的专业人员,但工作的结果却是相互关联和相互影响的,最终完成一个共同的目标,体现共同的利益。在整个过程中,存在一定的标准化操作技巧,同时需要专职人员疏通各个环节,监控各个步骤,期间既包括具体事务管理,也包括具体人员管理。
(2)概念设计。
概念设计不同于现实生活中真实的产品设计,概念产品设计往往具有一定的超前性,它不考虑现有的生活水平、技术和材料,而是设计师以预见能力可达到的范围为基础,考虑人们未来所需的产品形态,是一种针对人们潜在需求的设计。
概念设计主要体现在:
● 产品的外观造型风格比较前卫。
● 比市场上现有的同类产品在技术上先进很多。
下面列举几款国外的概念产品设计。
● Sbarro Pendolauto概念摩托车:瑞士汽车摩托改装公司的概念车。有意混淆汽车和摩托车的界限,如图1-21所示。
图1-21 Sbarro Pendolauto概念摩托车
● 概念手机:手机外形简洁,虽然看上去方方正正的,但是薄薄的身材有点像巧克力;外壳完全采用橡胶材质,在生活中能经受磕磕碰碰;它还有一个特点—键盘和屏幕有点倾斜,据说更符合人体工程学;内置400万像素的摄像头和一对立体声喇叭,如图1-22所示。
图1-22 概念手机
● 折叠式笔记本电脑:设计师Niels van Hoof设计了一款全新的折叠式笔记本电脑Feno。它除了能像普通计算机在键盘与屏幕之间折叠,柔性OLED屏幕的加入,使得它还可以从中间再折叠一次。这使得它更加小巧,方便携带。它还配备了一个弹出式无线鼠标,轻轻一按,即能弹出使用,如图1-23所示。
● MP3播放器概念产品:这款新型的MP3播放器,既保持了小巧的身姿,又能够兼顾CD 音乐媒体播放任务。大部分时候它都像普通的MP3播放器一样工作,但是如果想听CD,只需要将CD插入插槽,通过一端的转轴将CD光盘固定住,就可以读取CD上的音乐了,如图1-24所示。
图1-23 折叠式笔记本电脑
图1-24 MP3播放器
(3)将概念设计商业化。
当一个概念设计符合当前的设计、加工制造水平时,就可以将其商业化了,即把概念产品转变成真正能使用的产品。
在把一个概念产品变成具有市场竞争力的商品,并且大批量生产和销售之前,有很多问题需要解决,工业设计师必须与结构设计师、市场销售人员密切配合,对他们在设计中提出的一些不切实际的新创意进行修改。对于概念设计中具有可行性的设计成果,也要敢于坚持自己的意见,只有这样,才能把设计中的创新优势充分发挥出来。
例如,借助中国卷轴画的创意,设计出一款类似的画轴手机。这款手机平时像一个圆筒,当用户想看视频或者收短消息时,就可以从侧面将卷在里面的屏幕抽出来。按照设计师的理念,这块可以卷曲的屏幕还应该有触摸功能,如图1-25所示。
之前这款手机商业化的难题是:没有软屏幕。现在,手机厂商三星日前设计出一款软屏幕“软性液晶屏”,可以像纸一样卷起来,如图1-26所示。利用这个新技术,卷轴手机也就可以真正实现商业化了。
图1-25 卷轴手机
图1-26 三星“软性液晶屏”
(4)概念设计的二维表现。
既然产品设计是一种创造活动,就工业产品来讲,新创意往往是没有样品可参考的,无论多么聪明,都不可能一下子完成相当成熟和完整的方案,甚至更精确的设计细节,那就必须借助书面的表达方式,或文字、或图形,随时记录想法,进而推敲确定方案。
① 手绘表现。
在诸多表达方式(如速写、快速草图、效果图、计算机设计等)中,最方便快捷的是快速表现方法,如图1-27所示的就是利用速写方式进行的创意表现。
图1-27 利用速写方式进行创意表现
通过使用不同颜色的笔,可以绘制出带有色彩、质感和光影,并且较为逼真的设计草图,如图1-28所示。
现在,工业设计师们越来越多地采用数字手绘方法,即利用数位板(手绘板)手绘,如图1-29所示。
图1-28 较逼真的设计草图
图1-29 利用数位板(手绘板)手绘
② 计算机二维表现。
计算机二维表现是另一种表达设计师概念设计意图的方式。计算机二维效果图(2D Rendering)介于草绘和数字模型之间,具有制作速度快、修改方便、基本能够反映产品本身材质、光影、尺度比例等诸多优点。常用的制作二维效果图的软件有Photoshop、Illustrator、Freehand、CorelDRAW等。效果图如图1-30和图1-31所示。
图1-30 手机二维设计效果图
图1-31 太阳能手电筒二维设计效果图
3.3D造型设计
有了产品的手绘草图,就可以利用计算机辅助设计软件,进行3D造型设计。3D造型设计也就是将概念产品参数化,便于后期的修改、模具设计及数控加工等工作。
工业设计师常用的3D造型设计软件有Pro/E、UG、SolidWorks、Rhino、Alias、3ds Max、Mastercam、Cinema 4D等。
首先,产品设计师利用Rhino或Alias造型设计软件设计出不带参数的产品外观。图1-32所示为利用Rhino软件设计产品造型界面。
在产品外观造型阶段,还可以再次对方案进行论证,以达到让客户满意的效果。
然后将在Rhino中构建的模型导入Pro/E、UG、SolidWorks或Mastercam中,进行产品的结构设计,这样的结构设计是带有参数的,便于后期的数据存储和修改。图1-33所示为利用Mastercam软件进行产品结构设计的示意图。
图1-32 在Rhino中造型
图1-33 在Mastercam中进行产品结构设计
前面介绍了产品的二维表现,其实还可以用3D软件制作出逼真的实物效果图。图1-34至图1-37所示为利用各种3D软件制作的概念产品效果图。
图1-34 利用StudioTools制作的电熨斗效果图
图1-35 利用V-Ray for Rhino制作的消毒柜效果图
图1-36 利用V-Ray for Rhino制作的食品加工机效果图
图1-37 利用Cinema 4D制作的概念车效果图
4.结构设计
完成3D造型后,绘制产品的零件图纸和装配图纸,这些图纸在产品的加工制造和装配过程中可以作为师傅的参考。如图1-38所示为利用SolidWorks软件绘制的某自行车产品图纸。
图1-38 产品图纸
5.模型开发
模型是一种设计的表达形式。它是接近现实的,以一种立体的形态来表达设计师的设计理念及创意的手段。同时,它也是一种方案,将设计师的意图转化为视觉和触觉的近似真实的设计方案。产品设计模型与市场上销售的商品模型是有根本区别的。产品模型的功能是设计师将自己所从事的产品设计过程中的构想与意图,通过接近或等同于设计产品的外观,直观化地体现出来。这个体现过程其实也是一种设计创意的体现。它使人们可以直观地感受设计师的创造理念、灵感、意识等诸要素,如图1-39所示。
图1-39 效果图向模型的转换
1.2.2 模具设计阶段
1.注射成型模具
塑料注射成型是塑料加工采用的最普遍的方法。该方法适用于全部热塑性塑料和部分热固性塑料,制得的塑料制品数量之多让其他成型方法望尘莫及,作为注射成型加工主要工具之一的注塑模具,在质量精度、制造周期以及注射成型过程中的生产效率等方面的水平高低,会直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新,同时也决定着企业在市场竞争中的反应能力和速度。常见的注射成型模具典型结构如图1-40所示。
1—动模座板 2—支撑板 3—动模垫板 4—动模板 5—管赛 6—定模板 7—定模座板 8—定位环 9—浇口衬套 10—型腔组件 11—推板 12—围绕水道 13—顶杆 11—复位弹簧 15—直水道 16—水管街头 17—顶杆固定板 18—推杆固定板
图1-40 注射成型模具典型结构
注射成型模具主要由以下几个部分构成。
● 成型零件:直接与塑料接触构成塑件形状的零件称为成型零件,包括型芯、型腔、螺纹型芯、螺纹型环、镶件等。其中,构成塑件外形的成型零件称为型腔,构成塑件内部形状的成型零件称为型芯,如图1-41所示。
● 浇注:它是将熔融塑料由注射机喷嘴引向型腔的通道。通常,浇注由主流道、分流道、浇口和冷料穴4个部分组成,如图1-42所示。
● 分型与抽芯机构:当塑料制品上有侧孔或侧凹时,在开模推出塑料制品以前,必须先进行侧向分型,将侧型芯从塑料制品中抽出,塑料制品才能顺利脱模。例如,斜导柱、滑块、锲紧块等,如图1-43所示。
● 导向零件:引导动模和推杆固定板运动,保证各运动零件之间相互位置准确度的零件为导向零件。例如导柱、导套等,如图1-44所示。
● 推出机构:在开模过程中,将塑料制品及浇注凝料推出或拉出的装置。例如,推杆、推管、推杆固定板、推件板等,如图1-45所示。
图1-41 模具成型零件
图1-42 模具的浇注
图1-43 分型与抽芯机构
● 加热和冷却装置:为满足注射成型工艺对模具温度的要求,模具上需设有加热和冷却装置。加热时在模具内部或周围安装加热元件,冷却时在模具内部开设冷却通道,如图1-46所示。
图1-44 导向零件
图1-45 推出机构
图1-46 模具冷却通道
● 排气:在注射过程中,为将型腔内的空气及塑料制品在受热和冷凝过程中产生的气体排出而开设的气流通道。排气通常在分型面处开设排气槽,有的也可利用活动零件的配合间隙排气。图1-47所示为排气部件。
● 模架:主要起装配、定位和连接的作用。它们是定模板、动模板、垫块、支承板、定位环、销钉、螺钉等,如图1-48所示。
图1-47 排气部件
图1-48 模具模架
2.产品设计要求及修改建议
(1)肉厚要求。
在设计制件时,应注意制件的厚度应以各处均匀为原则。决定肉厚的尺寸及形状需要考虑制件的构造强度、脱模强度等因素,如图1-49所示。
图1-49 制件的肉厚
(2)脱模斜度要求。
为了在模具开模时能够顺利地取出制件,避免其损坏,设计制件时应考虑增加脱模斜度。脱模角度一般取整数,如0.5,1,1.5,2,…。通常,制件的外观脱模角度比较大,这便于成型后脱模,在不影响其性能的情况下,一般应取较大脱模角度,如5°~10°,如图1-50所示。
图1-50 制件的脱模斜度要求
(3)BOSS柱(支柱)处理。
支柱用于突出胶料壁厚,以及装配产品、隔开对象和支撑(承托)其他零件。空心的支柱可以用来嵌入镶件、收紧螺丝等。这些应用均要有足够强度支持压力而不致破裂。
为免在拧上螺丝时弹出打滑,支柱的出模角一般会以支柱顶部的平面为中性面,而且角度一般为0.5º~1.0º。例如,当支柱的高度超过15.0mm时,为加强支柱的强度,可在支柱上连上加强筋,用于加强结构。当支柱需要穿过PCB时,同样在支柱上连上加强筋,而且在加强筋的顶部设计成平台形式,此可作为承托PCB之用,而平台的平面与丝筒项的平面之间必须要有2.0~3.0mm的距离,如图1-51所示。
为了防止制件的BOSS部位弹出缩水,应做防缩水结构,即“火山口”,如图1-52所示。
图1-51 BOSS柱的处理
图1-52 做火山口防缩水
3.模具设计注意事项
合理的模具设计主要体现在以下几个方面:成型的塑料制品的质量;外观质量与尺寸的稳定性;加工制造时方便、迅速、简练,节省资金、人力,留有更正、改良的余地;使用时安全、可靠、便于维修;在注射成型时有较短的成型周期;使用寿命较长;具有合理的模具制造工艺性等。
设计人员在设计模具时应注意以下重要事项:
● 开始设计模具时,应多考虑几种方案,衡量每种方案的优缺点,并从中优选一种最佳设计方案。对于T形模,亦应认真对待。由于时间与认识上的原因,当时认为合理的设计,经过生产实践也一定会有可改进之处。
● 在交出设计方案后,要多与工厂沟通,了解加工过程及制造使用中的情况。每套模具都应有一个分析经验、总结得失的过程,这样才能不断地提高模具的设计水平。
● 设计时多参考过去类似的设计图纸,吸取经验与教训。
● 应视模具设计部门为一个整体,不允许设计成员各自为政,特别是在模具设计总体结构方面,一定要统一风格。
4.利用CAD软件设计模具
常见的用于模具结构设计的计算机辅助设计软件有Pro/E、UG、SolidWorks、Mastercam、CATIA等。模具设计的步骤如下:
① 分析产品。主要是分析产品的结构、脱模性、厚度、最佳浇口位置、填充分析、冷却分析等,若发现产品有不利于模具设计的地方,与产品结构设计师商量后要进行修改。如图1-53所示为利用Mastercam软件对产品进行的脱模性分析。
② 分型线设计。分型线是型腔与型芯的分隔线,它在模具设计初期阶段有着非常重要的指导作用—只有合理地找出分型线,才能正确地分模乃至保持模具的完整。产品的模具分型线如图1-54所示。
图1-53 产品的脱模性分析
图1-54 模具分型线
③ 分型面设计。模具上用于取出制品与浇注凝料、分离型腔与型芯的接触表面称为分型面。在产品设计阶段,应考虑成型时分型面的形状和位置。模具分型面如图1-55所示。
④ 成型零件设计。构成模具模腔的零件统称为成型零件,主要包括型腔、型芯、各种镶块、成型杆和成型环。图1-56所示为模具的整体式成型零件。
⑤ 模架设计。模架(沿海地区称为“模胚”)一般采用标准模架和标准配件,这对缩短制造周期、降低制造成本是有利的。模架有国际标准和国家标准。符合国家标准的龙记模架结构如图1-57所示。
图1-55 模具分型面
图1-56 整体式成型零件
图1-57 模架
⑥ 浇注设计。浇注是指塑料熔体从注塑机喷嘴出来后到达模腔前在模具中流经的通道。普通浇注由主流道、分流道、浇口、冷料穴等部分组成,如图1-58所示是卧式注塑模的普通浇注。
⑦ 侧向分型机构设计。由于某些特殊要求,当塑件无法避免其侧壁内外表面弹出凸凹形状时,就需要采取特殊的手段对成型的制品进行脱模。因为这些侧孔、侧凹或凸台与开模方向不一致,所以在脱模之前必须先抽出侧向成型零件,否则将不能脱模。这种带有侧向成型零件移动的机构称为侧向分型与抽芯机构。图1-59所示为模具四面侧向分型的滑块机构设计。
⑧ 冷却设计。模具冷却设计与使用的冷却介质、冷却方法有关。注塑模可用水、压缩空气和冷凝水冷却,其中冷凝水冷却使用最为广泛,因为水的热容量大,传热系数大,成本低。冷却组件包括冷却水路、水管接头、分流片、堵头等。图1-60所示为模具冷却设计图。
图1-58 普通浇注
图1-59 四面滑块机构
图1-60 模具冷却
⑨ 顶出。成型模具必须有一套准确、可靠的脱模机构,以便在每个循环中将制件从型腔内或型芯上自动脱出模具外,脱出制件的机构称为脱模机构或顶出机构(也叫模具顶出)。常见的顶出形式有顶杆顶出和斜向顶出,如图1-61所示。
图1-61 顶出
⑩ 拆电极。
作为数控编程师,一定要懂得拆镶块和拆电极。拆镶块可以降低模具数控加工的成本。拆出来的镶块用普通机床、线切割机床就可以完成加工。如果不拆,那么就需要利用电极加工方式,而电极加工成本是很高的。即使不用电极加工,对于数控机床也会增加加工时间。图1-62所示为拆镶块示意图。
有的产品为了保证产品的外观质量,例如手机外壳,是不允许有接缝产生的。因此必须利用电极加工,那么就需要拆电极。图1-63所示为模具的型芯零件与型芯电极。
图1-62 拆镶块
图1-63 拆电极
1.2.3 加工制造阶段
在模具加工制造阶段,新手除了要掌握前面介绍的知识,还应掌握以下重要内容。
1.数控加工中常见的模具零件结构
编程者必须对模具零件结构有一定的了解,如模具中的前模(型腔)、后模(型芯)、行位(滑块)、斜顶、枕位、碰穿面、擦穿面和流道等。
一般情况下,前模的加工要求比后模的加工要求高,所以前模面必须加工得非常准确和光亮,该清的角一定要清;但后模的加工有所不同,有时有些角不需要清得很干净,表面也不需要很光亮。另外,模具中一些特殊部位的加工工艺要求不相同,如模具中的角位需要留0.02mm的余量待打磨师傅打磨;前模中的碰穿面、擦穿面需要留0.05mm的余量用于试模。
图1-64所示列出了一些常见的模具零件。
图1-64 常见的模具零件
2.模具加工的刀具选择
在模具型腔数控铣削加工中,刀具的选择直接影响着模具零件的加工质量、加工效率和加工成本,因此正确选择刀具有着十分重要的意义。在模具铣削加工中,常用的刀具有平端立铣刀、圆角立铣刀、球头刀和锥度铣刀等,如图1-65所示。
图1-65 模具铣削刀具
(1)刀具选择的原则。
加工模具型腔刀具的选择应遵循以下原则。
● 根据被加工型面形状选择刀具类型:对于凹形表面,半精加工和精加工应选择球头刀,以得到好的表面质量,但粗加工宜选择平端立铣刀或圆角立铣刀,这是因为球头刀切削条件较差;对于凸形表面,粗加工时一般选择平端立铣刀或圆角立铣刀,但精加工宜选择圆角立铣刀,这是因为圆角铣刀的几何条件比平端立铣刀好;对于带脱模斜度的侧面,宜选用锥度铣刀,虽然采用平端立铣刀通过插值也可以加工斜面,但会使加工路径变长而影响加工效率,并且还会加大刀具的磨损而影响加工的精度。
● 根据从大到小的原则选择刀具:模具型腔一般包含多个类型的曲面,因此在加工时一般不可能仅选择一把刀具就完成整个零件的加工。无论是粗加工还是精加工,应尽可能选择大直径的刀具,因为刀具直径越小,加工路径越长,导致加工效率降低,同时刀具的磨损会造成加工质量的明显差异。
● 根据型面曲率的大小选择刀具。
● 在精加工时,所用最小刀具的半径应小于或等于被加工零件上的内轮廓圆角半径,尤其是在加工拐角时,应选用半径小于拐角处圆角半径的刀具,并以圆弧插补的方式进行加工,这样可以避免采用直线插补而弹出过切的现象。
● 在粗加工时,考虑到尽可能采用大直径刀具的原则,一般选择的刀具半径较大。这时需要考虑的是粗加工后所留余量是否会给半精加工或精加工刀具造成过大的切削负荷,因为较大直径的刀具在零件轮廓拐角处会留下更多的余量,这往往是精加工过程中,弹出切削力的急剧变化导致刀具损坏或栽刀的直接原因。
● 粗加工时尽可能选择圆角铣刀:一方面,圆角铣刀在切削中可以在刀刃与工件接触的0~90°范围内给出比较连续的切削力变化,这不仅对加工质量有利,而且会使刀具寿命大大延长;另一方面,在粗加工时选用圆角铣刀,与球头刀相比具有良好的切削条件,与平端立铣刀相比可以留下较为均匀的精加工余量,如图1-66所示,这对后续加工是十分有利的。
图1-66 圆角铣刀与平端铣刀粗加工后余量比较
(2)刀具的切入与切出。
一般的UG CAM模块提供的切入/切出方式有:刀具垂直切入/切出工件、刀具以斜线切入工件、刀具以螺旋轨迹下降切入工件、刀具通过预加工工艺孔切入工件以及圆弧切入/切出工件。
其中,刀具垂直切入/切出工件是最简单、最常用的方式,适用于可以从工件外部切入的凸模类工件的粗加工和精加工,以及模具型腔侧壁的精加工,如图1-67所示。
刀具以斜线或螺旋线切入工件常用于较软材料的粗加工,如图1-68所示。通过预加工工艺孔切入工件是凹模粗加工常用的下刀方式,如图1-69所示。圆弧切入/切出工件这一方式由于可以消除接刀痕,因此常用于曲面的精加工,如图1-70所示。
图1-67 垂直切入/切出
图1-68 螺旋切入/切出
图1-69 预钻孔切入
图1-70 圆弧切入/切出
技术要点
需要说明的是,在粗加工型腔时,如果采用单向走刀方式,一般CAD/CAM提供的切入方式是一个加工操作开始时的切入方式,并不定义在加工过程中每次的切入方式,这个问题有时是造成刀具或工件损坏的主要原因,解决这一问题的一种方法是采用环切走刀方式或双向走刀方式,另一种方法是减小加工的步距,使背吃刀量小于铣刀半径。
3.模具前后模编程注意事项
在编写刀路之前,先将图形导入编程软件,再将图形中心移动到默认坐标原点,最高点移动到Z原点,并将长边放在X轴方向,将短边放在Y轴方向,基准位置的长边朝向自己,如图1-71所示。
技术要点
工件最高点移动到Z原点有两个目的,一是防止程式中忘记设置安全高度造成撞机,二是反映刀具保守的加工深度。
(1)前模(定模仁)编程注意事项。
编程技术人员在编写前模加工刀路时,应注意以下事项。
● 前模加工的刀路排序:大刀开粗→小刀开粗和清角→大刀光刀→小刀清角和光刀。
● 应尽量用大刀加工,不要用太小的刀,小刀容易弹刀,开粗通常先用刀把(圆鼻刀)开粗,光刀时尽量用圆鼻刀或球刀,因圆鼻刀足够大,且有力,而球刀主要用于曲面加工。
● 有PL面(分型面)的前模加工,通常会碰到一个问题,当光刀时,PL面因碰穿需要加工到数,而型腔要留0.2~0.5mm的加工余量(留出来打火花)。这时可以将模具型腔表面朝正向补正0.2~0.5mm,PL面在写刀路时将加工余量设为0。
● 前模开粗或光刀时通常要限定刀路范围,一般默认从刀具中心开始产生刀具路径,而不是从刀具边界范围开始,所以实际加工区域比所选刀路范围单边大一个刀具半径。因此,合理地设置刀路范围,可以优化刀路,避免加工范围超出实际加工需要。
● 前模开粗常用的刀路方法是曲面挖槽,平行式光刀。当进行前模加工时,分型面、枕位面一般要加工到数,而碰穿面可以留余量0.1mm,以备配模。
● 前模材料比较硬,加工前要仔细检查,减少错误,不可轻易烧焊。
(2)后模(动模)编程注意事项如下。
● 后模加工的刀路排序:大刀开粗→小刀开粗和清角→大刀光刀→小刀清角和光刀。
● 后模同前模所用材料相同,尽量用圆鼻刀(刀把)加工。当分型面为平面时,可用圆鼻刀精加工。如果是镶拼结构,则后模分为镶块固定板和镶块,需要分开加工。当加工镶块固定板内腔时,要多走几遍空刀,否则会有斜度,出现上面加工到位,下面加工不到位的现象,造成难以配模,深腔更明显。当光刀内腔时,尽量用大直径的新刀。
● 当内腔较高、较大时,可翻转过来首先加工腔部位,装配入腔后,再加工外形。如果有止口台阶,使用球刀光刀需控制加工深度,防止过切。内腔的尺寸可比镶块单边小0.02mm,以便配模。镶块光刀公差为0.01~0.03mm,步距值为0.2~0.5mm。
● 塑件产品上下壳配合处凸起的边缘称为止口,止口结构在镶块上加工或在镶块固定板上用外形刀路加工。止口结构如图1-72所示。
图1-71 加工模型的位置确定
图1-72 止口结构