精密模具工厂那些先进的加工设备与技术

精密模具工厂那些先进的加工设备与技术

（来源：前沿数控技术）

精密模具的制造离不开那些先进的加工设备。模具制造的主要工艺有CNC铣削、慢走丝线切割、电火花、磨、车、测量、自动化等等。本文介绍了这些工艺的先进设备与技术，一起来看看吧。

一、CNC铣削加工

可以说塑胶模具制造行业的迅猛发展主要得益于CNC铣削技术的革新。从传统的普通铣床到三轴加工中心，再发展到如今的五轴高速铣削，使得再怎么复杂的三维型面零件的加工几乎都可成为现实，材料的硬度也不再是局限问题。塑胶模具的主要型腔、型面都由CNC铣削加工来完成。

高速铣加工采用小径铣刀（典型刀具是整体硬质合金球头铣刀，端铣刀和波纹铣刀），高转速（主轴转速可达40,000 rpm）、小周期进给量，使得生产效率大幅度提高，精度能稳定达到5μm；同时由于铣削力低，工件热变形减少，铣削深度较小，而进给较快（直线电机，高达80m/min的快移速度，高达2g的加速度），表面光洁度可达Ra<0.15 μm。高速铣可加工60HRC的淬硬模具钢件，因此高速铣加工允许在热处理以后再进行切削加工，使模具制造工艺大大简化。

国外先进的CNC铣削设备制造商有瑞士GF加工方案、德国DMG、德国哈默、日本牧野、德国罗德斯、德国OPS、德国巨浪、德国因代克斯、日本山崎马扎克、日本大偎、美国哈斯等等。

二、慢走丝线割加工

慢走丝线割加工主要用于各种冲模、塑料模、粉末冶金模等二维及三维直纹面零件的加工。其中加工冲压模所占的比例要数最大，冲压模的凸模、凸模固定板、凹模及卸料板等众多精密型孔的加工，慢走丝线割加工是不可缺少的关键技术。在注塑模具制造中，常见应用有镶件孔、顶针孔、斜顶孔、型腔清角及滑块等加工，一般来说加工精度要求没有冲压模具那么高。

慢走丝加工是一种高精密的加工方法，高端的机床可达到小于3μm的加工精度，表面粗糙度可达Ra0.05μm。目前已可实现0.02～0.03㎜的电极丝的自动穿丝切割，实用的切割效率可达200㎜2/min左右。

国外先进的慢走丝设备制造商有瑞士GF加工方案、日本三菱、日本西部、日本沙迪克、日本牧野、日本法兰克等等。

三、电火花加工

电火花加工适用于精密小型腔、窄缝、沟槽、拐角等复杂部件的加工。当刀具难于够到复杂表面时，在需要深度切削的地方，在长径比特别高的地方，电火花加工工艺优于铣削加工。对于高技术零件的加工，铣削电极再放电可提高成功率，相比高昂贵的刀具费用相比，放电加工更合适。另外，在规定了要作电火花精加工的地方，用电火花加工来提供火花纹表面。

在高速铣加工迅速发展的今天，电火花加工发展空间受到了一定的挤压。在此同时，高速铣也给电火花加工带来了更大的技术进步。如：采用高速铣来制造电极，由于狭小区域加工的实现和高质量的表面结果，让电极的设计数量大大降低。另外用高速铣来制造电极也可以使生产效率提高到一个新的层次，并能保证电极的高精度，这样使电火花加工的精度也提高了。如果型腔的大部分加工由高速铣来完成，则电火花加工只作为辅助手段去清角修边，这样留量更均匀、更少。

精密放电机在加工面积小于20平方厘米的情况下，可实现Ra<0.1μm的镜面电火花加工，及实现均匀一致的亚光表面及各级纹面加工。对于微细零件，如连接器，可实现清角小于0.02mm、加工精度在5μm以内的结果。机床的工艺专家系统，针对大众化的加工情况，智能生成的放电参数即可实现优异的加工结果，对于特殊、复杂零件的放电，提供了专用的工艺模块，如IC、LED、连接器、大型腔、窄缝、RSM纹面等，这些优化的工艺是专家经验的集成。在机床配以快速装夹定位夹具与电极自动更换装置的情况下，即可长时间的无人化自动放电加工。

国外先进的电火花加工设备制造商有瑞士GF加工方案、日本牧野、德国OPS、日本沙迪克、日本三菱、德国艾克索、西班牙欧纳等等。

四、磨床加工

磨床是对零件表面进行精加工的精密设备，尤其是淬硬工件。模具加工使用的磨床主要是平面磨床、万能内外圆磨床、坐标磨（PG光学曲线磨床）。

小平磨床主要用来加工小尺寸的模具零件，如精密镶件、精密模仁、滑块等。大水磨床常用于较大尺寸的模板加工。现在，平面磨床砂轮线速度和工作台运动高速化已成为普遍潮流，由于采用了直线导轨、直线电机、静压丝杠等先进的功能部件技术，运动速度有很大进步，另外还不断完善了砂轮修整技术。磨头的垂直进给量最小可达到0.1μm，磨削表面粗糙度Ra<0.05μm，加工精度可控制在1μm以内，实现了超精磨削加工。

国外先进的磨床设备制造商以斯来福临集团为代表，它先后并购了许多世界顶级的磨床制造商，包括斯图特(STUDER)、保宁(BLOHM)、美盖勒(MAEGERLE)、琼格(JUNG)公司、肖特(SCHAUD)、米克罗莎（MIKROSA)、伊瓦格(EWAG)和瓦尔特（WALTER）。斯来福临旗下各知名企业生产不同种类的磨床，能提供全面的磨削解决方案。国内精密模具厂在平面磨削方面，大多使用日本的平面磨床，

例如日本冈本磨床。

模具回转体零件，并且精度要求高，表面光洁度要好的情况，甚至是复杂的曲面零件，就需要使用高精度外圆磨床来完成，比如瓶胚注塑模具的哈夫镶块零件。使用高速旋转砂轮进行磨削加工，可加工硬度较高材料，如淬硬模具钢、硬质合金等。瑞士斯图特万能内外圆磨床为中型单一部件和批量工件磨削所设计的，适用于为个性化需求定制方案（外圆磨削，非圆成型磨削，螺纹磨削，内圆磨削）。

光学曲线磨床可以磨削孔距精度很高的孔以及各种轮廓形状。用绘图仪配合加工，绘图仪刻画出所需加工的图形在胶片上，胶片贴在投影幕上并校正，加工者将根据胶片上的成型来进行成型加工。光学投影研磨适合高硬度材料的成型研磨，例如材质为钨钢件或硬质合金的工件，偶尔也加工一些高速钢工件。一般加工连接器冲模用刀口及冲头，端子，精密的半行程冲子，下模入块和脱料板入子等之类的工件。

比较有名的光学曲线磨床有瑞士HAUSER、美国MOORE、日本AMADA。日本AMADA光学曲线磨床机其主轴最高转速可达到30000转，加工的精度在2μm以內，加工的最小內R角为R0.03mm，外R角为R0.02mm，加工异形冲子最薄处可达到0.06mm，其加工的沟槽深径比在2:1左右，表面粗糙度Ra可达0.025μm。

五、数控车床

数控车床也是模具车间常用的加工设备。其加工范围是所有回转体零件。由于数控技术的高度发展，复杂形状的回转体可以通过编程来简易实现，并且机床可以自动更换刀具，大幅度提高了生产效率。数控车床的加工精度与制造技术日趋完善，甚至有以车代磨的趋势。常用来加工模具中的圆形镶件、撑头、定位环等零件，在笔模、瓶口模具中应用广泛。事实上，先进的数控车床其功能已不再局限于“车”，已拓展为车铣复合一体机床，一个复杂、多工序的零件，甚至可以一次性全部加工搞定。

国外先进的数控车削机床制造商有德国DMG、瑞士托纳斯、日本山崎马扎克、德国舒特、美国哈挺、美国哈斯等等。

六、测量

从模具设计初期所涉及的数字化测绘，到模具加工工序测量，到模具验收测量和后期的模具修复测量，高精密测量设备发挥着重要的作用。主要有三坐标测量机、影像测量仪，还有适合大型模具现场测量的便携式关节臂测量机等等。

三坐标检测是检验工件的一种精密测量方法。运用三坐标测量机，基于空间点坐标的采集和计算，对工件进行形位公差的检验和测量，判断该工件的误差是不是在公差范围之内。探测系统一般由测头和接触式探针构成，探针与被测工件的表面轻微接触，获得测量点的坐标。

在测量过程中，坐标测量机将工件的各种几何元素的测量转化为这些几何元素上点的坐标位置，再由软件根据相应几何形状的数学模型计算出这些几何元素的尺寸、形状、相对位置等参数。坐标测量机很容易与CAD连接，把测量结果实时反馈给设计及生产部门，借以改进产品设计或生产流程。三坐标检测有时也运用到逆向工程设计。国外典型的设备制造商有瑞典海克斯康、德国蔡司、德国莱兹、日本三丰等等。

影像测量仪利用影像测头采集工件的影像，通过数位图像处理技术提取各种复杂形状工件表面的坐标点，再利用坐标变换和资料处理技术转换成坐标测量空间中的各种几何要素，从而计算得到被测工件的实际尺寸、形状和相互位置关系，可以对复杂的工件轮廓和表面形状进行精密测量。典型的设备有瑞典海克斯康、日本尼康、日本三丰等。

七、快速装夹定位系统与自动化

以上介绍了六种模具制造的工艺。事实上，一个模具零件往往需要使用多种工艺才能得以制造完成。这个过程中，零件要进行不断的装夹与校正，花费了大量的时间，机床也是处于闲置状态，昂贵的设备其加工能力并未得到充分的利用。随着制造业领域的竞争日益激烈。更短的生产周期是这一发展趋势。

国外的夹具制作商，采用一套稳定而精确的基准系统，实现了铣削、车、测量、电火花加工等工艺的统一基准互换，在机床上只需一分钟左右快速完成电极的装夹与找正，重复定位精度在3μm以内，最大限度地缩短了设定时间，大幅度提高了机床的实际运行时间。事实证明，这是现代化生产的一项必不可少的条件。

国外先进的快速装夹定位系统制造商主要有瑞士GF加工方案System 3R夹具、瑞士EROWA夹具等等。

在使用了快速装夹定位系统时，已经具备了自动化的基础。先进的模具车间通过配备机器人与柔性系统管理软件，形成了模具加工中心自动化单元。国外先进的制造商已开始从单纯的设备提供商，发展为成套解决方案的供应商。从目前来看，无人化的模具制造成套方案还只能适应专业类模具制造厂商，对于品种繁多，各式各样的复杂模具的制造，由于需要花费更多的前期预调与准备时间，还未得以很好的推广，但自动化发展是一个趋势，一定会有更完善的发展。