余煥強(qiáng) 王小玲

摘要：本文介紹了頭盔鏡片模具型芯零件的數(shù)控加工方法。實(shí)踐表明，采用五軸加工中心來加工高精密零件，在無需專用夾具的情況下一次裝夾就可完成加工，可以獲得更高的切削效率和更好的加工表面質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：五軸數(shù)控加工鏡片模具

1 概述

當(dāng)前模具制造行業(yè)中，三軸數(shù)控加工技術(shù)已經(jīng)普遍應(yīng)用并且相對(duì)成熟，但隨著五軸數(shù)控技術(shù)的發(fā)展與推進(jìn)，先進(jìn)的五軸數(shù)控加工技術(shù)在市場(chǎng)上體現(xiàn)出了明顯的優(yōu)越性。

摩托車頭盔上的塑料鏡片能起到防風(fēng)、擋沙以及緩速的效果，直接影響到騎乘者行車和運(yùn)動(dòng)的安全性，如圖1所示。然而塑料光學(xué)鏡片需要有精密的模具來保證，以使注射成型的鏡片能達(dá)到要求的光學(xué)技術(shù)指標(biāo)（零屈光度、零散光度）。鏡片模具屬于高精密塑料模具，其模具表面形狀復(fù)雜、材料難以切削、精度要求高，其制造及加工工藝比一般精密塑料模具具有更高的要求。本文以頭盔鏡片模具型芯的數(shù)控加工為例，介紹了該模具零件的數(shù)控加工方法。

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2 頭盔鏡片模具型芯的工藝分析

圖2所示為頭盔鏡片模具型芯的零件圖。分析該零件圖可知：該零件的尺寸大小為330X200X213mm，與型腔配合間隙小于0.02mm，毛坯材料采用的是STAVAX ESR（S136）高級(jí)不銹模具鋼。零件主要以曲面為主，且多為陡峭面，曲面高度差最大約185mm，底部側(cè)面有一個(gè)水冷孔腔，周邊倒圓角尺寸小為R0.8。其中，如圖2所示的黃色曲面要求較高：曲面的表面粗糙度值Ra=0.8μm和廓形精度有較高要求；曲面高度差較大；有凸出的倒扣，如圖2所示的紅色部分。因此該零件的主要加工難點(diǎn)就在于此成型面。

3 頭盔鏡片模具型芯的加工工藝的制定

針對(duì)該零件的加工精度和表面質(zhì)量比較高的特點(diǎn)，對(duì)其加工采取機(jī)械和研磨相結(jié)合的方法來進(jìn)行，能夠使用機(jī)械加工的曲面盡量機(jī)加工，達(dá)到Ra0.8后，再采用人工拋光研磨達(dá)到Ra0.01，以使鏡片模具表面保持良好的平整度，達(dá)到零屈光度和零散光度。

3.1 機(jī)床的選用 圖3所示的黃色曲面為該零件的主要加工難點(diǎn)。如果采用傳統(tǒng)的三軸加工中心來加工該曲面，由于有倒扣位置、較小的圓角和過高的落差，須進(jìn)行多次裝夾（至少三次以上）或進(jìn)行電火花加工。如果采用多次裝夾，受夾具制造精度和操作工人的操作水平的影響，曲面的加工精度和表面質(zhì)量難以保證，會(huì)出現(xiàn)接刀痕、加工余量不均勻、表面質(zhì)量不均勻等問題，增加后續(xù)拋光研磨的加工難度，增加了拋光的時(shí)間。如果采用電加工，由于零件尺寸較大，所需銅公尺寸也較大，且需制造專用夾具，因此同樣會(huì)出現(xiàn)采用多次裝夾所產(chǎn)生的上述問題；而且制造夾具和銅公的成本較大，效率低，生產(chǎn)周期較長。

如果采用五軸加工中心來加工該曲面，在無需專用夾具的情況下一次裝夾就可完成，降低了夾具的成本，避免了多次裝夾所帶來的問題。而且在五軸機(jī)床加工，由于刀具/工件的位姿角隨時(shí)可調(diào)，不僅刀具可以懸伸很短，保證了剛性和可加工性，還可以時(shí)時(shí)充分利用刀具的最佳切削點(diǎn)來進(jìn)行切削，或用線接觸成形的螺旋立銑刀來代替點(diǎn)接觸成形的球頭銑刀，甚至還可以通過進(jìn)一步優(yōu)化刀具/工件的位姿角來進(jìn)行銑削，從而獲得更高的切削速度和切削線寬。綜上述，采用五軸加工中心來加工該曲面，可以獲得更高的切削效率和更好的加工表面質(zhì)量。

但是，根據(jù)模具零件加工的特點(diǎn)和數(shù)控機(jī)床新工藝的要求，在模具零件的生產(chǎn)過程中，不可能靠一兩臺(tái)數(shù)控機(jī)床完成零件的全部加工工序——粗加工、半精加工、精加工和超精加工。其原因是顯而易見的——在一臺(tái)適用于所有類型工序和工作負(fù)荷的機(jī)床上，要想保持良好的精度是完全不可能的。例如在粗加工時(shí)，機(jī)床的導(dǎo)軌、滾珠絲桿和主軸軸承將處于大的壓力和負(fù)荷之下，這將會(huì)對(duì)機(jī)床的精度產(chǎn)生很大的影響。因此在兼顧經(jīng)濟(jì)性和高精度的前提下，加工該零件應(yīng)該選用在專用三軸數(shù)控銑床上開粗，在專用三軸加工中心上進(jìn)行精加工，并對(duì)成型曲面留有加工余量，在五軸加工中心上完成成型曲面的精加工。

3.2 加工工藝方案的確定 擬定的頭盔鏡片模具型芯的加工工藝方案如下：①用電火花線切割割出模具毛坯。毛坯預(yù)處理硬度為HB200，精磨底面和頂面作為基準(zhǔn)平面。②以頂面作為基準(zhǔn)，安裝在數(shù)控銑床工作臺(tái)上，四面分中，粗加工底面槽，留有0.3mm余量。③精加工底面槽，留余量為0。④加工底面孔，先打中心鉆。⑤用啄鉆方式加工φ5和φ12的孔。⑥翻側(cè)工件，加工側(cè)面孔，先打中心鉆。⑦用啄鉆方式加工φ12的孔。⑧用底面為基準(zhǔn)，四面分中，粗加工頂面，留有0.5mm余量。⑨用小刀二次粗加工不均勻殘留部分。⑩拆下工件，熱處理并且回火至HRC50度?！霭褵崽幚硗甑墓ぜ?，以底面為基準(zhǔn)，安裝在精加工中心上，精加工頂部曲面，余量為0.015，其中成型部分曲面留有0.1mm余量。■以底面為基準(zhǔn)，安裝在五軸加工中心上，精加工成型部位曲面和倒扣位置，留有0.01mm余量?！鰭伖?。

4 頭盔鏡片模具型芯的數(shù)控編程

該零件采用DELCAM公司的POWERMILL軟件進(jìn)行數(shù)控編程。編制數(shù)控編程程序表如下。

完成后的頭盔鏡片模具型芯的加工結(jié)果如圖4所示，工件表面質(zhì)量達(dá)到要求，各表面均勻一致。

5 結(jié)束語

頭盔鏡片模具型芯的成型面和倒扣位置經(jīng)過五軸加工中心一次裝夾加工完成，表面質(zhì)量達(dá)到了預(yù)想的效果，并且提高了生產(chǎn)效率，達(dá)到了客戶要求的技術(shù)參數(shù)，體現(xiàn)出了先進(jìn)的五軸數(shù)控加工技術(shù)在市場(chǎng)上的優(yōu)越性。五軸數(shù)控加工技術(shù)必將會(huì)得到普及。本文中的加工方案也能為同類模具曲面加工提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

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[3]胡乾坤，魯墨武，崔秀麗，邢艷秋.五軸數(shù)控加工中心數(shù)學(xué)模型的建立與實(shí)現(xiàn)[J].沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006(04).

作者簡介：余煥強(qiáng)（1980-），男，大學(xué)本科，主要研究方向?yàn)閿?shù)控加工技術(shù)。