包裝盒模具數控加工分析

導語：包裝盒模具數控加工分析一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：作為中等職業學校的一名數控專業教師，長期從事數控專業一線教學，鑒于學校的實際情況，目前在校企合作、對外加工上，開始了有益嘗試，成功地為企業試制和生產了一些模具與產品。現以“紙質內包裝盒模具的數控加工”為典型實例做具體闡述，希望能為后續包裝盒模具的數控加工及應用起到一定的借鑒和推廣作用。

關鍵詞：模具；數控加工；應用

實例受“上海華同環保包裝制品公司”委托，利用學校的現有資源完成了一套紙質內包裝盒模具的數控加工，包括吸漿模、整形凸模、整形凹模及環保標志壓模等。該包裝盒作為咖啡杯的內包裝，一盒兩個，主要功能是提供內裝物的固定和緩沖，以防止在運輸途中受到沖撞和震動，并能回復到原來的形狀以提供進一步的緩沖作用；產品材質為紙，采用紙漿模塑工藝制成，具有質輕、緩沖、阻燃、防潮、防靜電、吸附性好、廢棄物可降解、且可堆疊存放、大大減少運輸存放空間等特點[1]。

1模具加工過程簡述-以整形凸模加工為例

本例模具加工的基本過程是，先由石膏進行機加工得到鑄造凹模，再經鑄造獲得整形凸模的毛坯，最后再通過機加工完成整形凸模加工的方法。在加工時，編程采用CAD/CAM軟件，且模具的CAD造型依靠SolidWorks完成，CAM過程采用了加工編程功能強大UGII軟件。由于模具上含有圓角等曲面，因此在普通機床上進行加工是比較困難的[1]，結合我校的具體情況以及具體工藝參數，最終選用FANUC—0I數控銑床加工用于鑄造的石膏凹模與整形凸模。1.1整形凸模CAM加工過程1）CAVITYMILLD101.2Depth由于毛坯是鑄件，因此采用設置BlankDistance的方法，生成的加工刀路軌跡如圖1所示。2）CAVITYMILLD6R2粗加工后，可以采用參考刀具的方法（ReferenceTool：D10）進行精加工，生成的精加工刀路軌跡如圖2所示，生成的平面刀路軌跡如圖3所示。圖2精加工鑄件加工刀路軌跡圖3平面加工刀路軌跡3）ZLEVELPROFILED4R1加工中采用了D4R1進行刀補加工，加工時選擇局部曲面。生成的刀路軌跡如圖4所示，CAM加工完成后的模型，如圖5所示。1.2關于精加工時包裝盒精度的控制問題在精加工包裝盒時，刀具吃刀量的選擇與表面粗糙度有關[2]，在CAM軟件中一般提供了兩種參數控制表面粗糙度的方法，即：步距寬度（Stepover）和殘留高度(Scal-lop)。在加工中，當采用步距寬度控制表面粗糙度時，步距寬度值越小，表面粗糙度值也越小，但加工路徑和加工時間將會大大延長，因此步距寬度值大小不宜設置得太低；所謂殘留高度[3]，是指數控加工中相鄰刀軌之間所殘留的未加工區域的高度情況，它的數值大小決定了加工表面的粗糙度情況，同時也決定了后續的拋光工作量的大小。因此，殘留高度是評價加工質量的一個重要指標。對于曲面加工而言，多數情況下在曲面的不同區域有著不同的傾角，從而造成同樣的行距下殘留高度不同的情況。當采用殘留高度指標來控制表面粗糙度情況時，步距寬度也將會根據工件的形狀來自動進行調整[4]。殘留高度和步距寬度的關系為：銑削平面時，H=R—R2-（L/2）2姨銑削斜面時，H′=R—R2-（L/2simθ）2姨可見相同的行距下，銑削斜面時的殘留高度H′大于銑削平面時的殘留高度H。同理，對于整形凹模、吸漿模、環保標志壓模的加工方法同上，在此不再贅述。

2數控加工中出現的問題與對策

2.1采用IGES標準進行模型數據轉換時發生的問題由于模具的CAD造型是由SolidWorks完成的，而CAM采用UGII軟件，因此需要進行數據交換[5-6]，具體方法為：由SolidWorks完成CAD造型后，通過數據輸出接口，把造型文件按該軟件提供的標準數據格式IGES進行保存；然后由UGII軟件通過數據輸入接口，選擇相應的標準數據格式IGES讀入造型文件[7]。目前，在微機以及工作站上用作數據交換的圖形文件，其標準主要為：AutoCAD系統中的DXF(DataExchangeFile)，美國國家標準IGES(InitialGraphicsExchangeSpecification)以及國際標準STEP(StandardfortheExchangeofProductmodeldata)。其中數據交換標準IGES在我國也作為國家推薦標準。然而，由于不同的軟件之間在具體的造型方法、過程及支持的交換標準程度有所差異，雖然在輸出、輸入采用了同一標準但在轉換過程中，也出現了一些問題，如丟失部分數據及產生異常實體等[7]。當出現這些情況時，就需要在CAM軟件中利用其CAD功能對模型進行一些修正，以保證模型數據的完整和模型特征的不丟失；或者CAD軟件在按標準數據格式IGES進行輸出保存時，使用更高的版本，有時也是解決問題的一種途徑。2.2加工中發生的過切問題1）在采用D6R2（CavityREFD10方法）加工整形凹模的過程中，側壁處發生了過切，這種現象在軟件模擬加工時無法觀察到，但在實際加工中又無法避免，因此必須引起足夠的重視，以免造成嚴重后果[4]。特別是對于一些重要產品，正式加工前最好采用其他材料進行試切削。這也說明過分依賴與相信CAM軟件的強大功能，有時會出大問題的。2）在本實例中出現的過切原因，應當是在Engage/Retract選項中，采取了previousplane跨越，故產生過切，改進方法則是要改用clearanceplane跨越。3）在制作成型模具時，采用了平底刀與圓角銑刀，由于模具四周側壁具有固定的斜角，因此如果采用一定的錐度銑刀進行加工，可以大大提高加工效率與加工質量，UGNX3.0提供了加工時可以定義圓錐形銑刀的功能，給加工帶來了諸多方便。4）在進行軟件后置處理時，為了能夠使CAM生成的程序在數控機床中順利執行，應當使用定制的后處理文件，即myfanuc0i。在UG中提供了兩種后處理方法：GPM后處理與UGPOST后處理[8]。其中用圖形后處理模塊GPM（GraphicsPostprocessorModule）做后處理的方法要預先生成CLSF（刀位源文件CutterLocationSourceFile），這是一種舊式方法，需要定制MDFA文件，相當于DOS方式下進行。新版本的UG軟件提供了一種叫作UGPOST的后處理器，不需要CLSF和MDFA，可以直接利用操作導航工具中的操作生成NC程序，后處理的定制相對方便與容易，相當于在Windows方式下進行。需要注意的是：生成myfanuc0i后，要在文件template_post.dat中加入my-fanuc0i,${UGII_CAM_POST_DIR}myfanuc0i.tcl，${UGI-I_CAM_POST_DIR}myfanuc0i.def（文件template_post.dat的目錄為:C:\ProgramFiles\UGS\NX3.0\MACH\resource\postpro-cessor）即可在后置處理時看到已經定義好的后處理文件。其中，處理后的部分程序如下：%N0010G90G17G00G54X0Y0N0020S2500M03N0030G00X7.022Y-62.091N0040G44Z5.H00107N0050Z3.N0060G01Z-.5F1000.N0070G3X1.278Y-59.09I-5.745J-3.999N0080G01X-1.222.....N0530X36.714Y18.889N0540G3X39.959Y24.498I-3.748J5.912N0550G00Z5.N0560M05N0570M30%5）在CAM程序傳輸時，程序在后置處理后，需要將得到的數控代碼傳輸到數控機床的程序存儲器中，然后去引導機床進行加工[8]。由于CAM程序的容量要比手工編程大很多，故不能采用手工輸入的方法，目前大都采用DNC，利用串口RS232接口直接進行數據傳輸，這需要數控機床開通DNC功能，同時要有專門的軟件支持或利用CAM軟件本身具備的數據傳輸功能來實現。針對沒有開通DNC功能的機床，則無法進行DNC傳輸，但可以嘗試利用串口RS232接口，實現計算機與數控機床的通訊，傳輸程序到數控機床的存儲器中，然后再進行加工，或者把程序拷貝至CF卡，利用機床CF卡接口，傳輸程序到數控機床的存儲器中。6）在石膏材料的選用時要考慮其濕度的影響。特別是在選用石膏材料加工鑄造凹模時，其濕度一定要適當。濕度太大時，加工時易斷裂，除屑不便；濕度太小時，加工時粉塵飛揚，污染較大。

3結語

-關于校企合作的思考1）要重新認識校企合作的重要性，尋找與學校現有條件相當的合作企業，大力開拓校企合作，對職業教育———不管是職前還是職后都有著非常重要的意義。2）對現有的軟硬件在某些方面進行升級與改造。服務的對象不同，要求也大不相同。傳統的學校概念，服務的對象是學生，現有的軟硬件基本符合要求；而要進行校企合作，服務的對象則變成了企業，要進行長久、有效的合作，必須對現有的軟硬件在某些方面進行升級與改造，否則達不到企業的生產要求，校企合作也只能是嘗試而已。3）由于現場問題復雜多變，與教學上出現的問題不盡相同。因此，在進行校企合作時，職業教師還要加強學習，要具備發現問題、解決問題的能力。4）在進行校企合作時，為了配合企業生產進程，職業教師還要做好長期吃苦耐勞的思想準備。

參考文獻：

[1]李江，蘇建波，冉云飛.注塑模具的加工對產品質量的影響[A].中國汽車會議網、上海雷尼會展服務有限公司.2011汽車車身內外飾產品及新材料應用國際研討會暨展覽會論文集[C].中國汽車會議網、上海雷尼會展服務有限公司：2011，4.

[2]宋玉梅.CAXA精加工方法對曲面表面粗糙度的影響[J].科技視界，2012(17)：175-176+225.

[3]宋麗.基于等殘留高度的NURBS曲面數控加工路徑自動生成技術研究[D].濟南：濟南大學，2011.

[4]INVALIDCITATION.

[5]郁斌強，蔡菲菲.基于SolidWorks和UG實現產品設計與加工的一體化[J].煤礦機械，2006(9)：100-2.

[6]邱仁輝.紙漿模塑制品成型機理及過程控制的研究[D].哈爾濱：東北林業大學，2002.

[7]張系強.常用工業設計軟件(UG、Pro/E、SolidWorks、AautoCAD)的文件相互轉換技術[J]中國高新技術企業，2007(11)：99-100.

[8]趙雪玉.UG/POST后處理綜述[J].CAD/CAM與制造業信息化，2005(8)：90-93.

作者:張慶鋒 戴惠良 單位:1.上海市材料工程學校 2.東華大學機械工程學院