面向模具型腔的高效数控加工探究

尹耀康

摘 要：面向模具型腔的数控加工是模具数字化生产的关键环节，关系到模具生产制造的质量和进度。本文旨在提高模具加工制造的质量和效率，提出了面向模具型腔的高效数控加工这个课题，针对模具型腔数控加工的数控机床、 刀具系统、 走刀方式、加工工艺与参数以及数控编程的智能化等五个方面展开探究，希望对我国数控加工的不断优化和改进有所帮助。

关键词：模具型腔；数控加工； 机床性能；走刀方式；数控编程

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.025

0 引言

数控加工是目前生产加工领域程序相对比较复杂，操作比较严格，工艺比较讲究的一门生产技术，在高转速以及高进给速度下，能够完成各种粗加工以及精加工的要求。数控加工在机床性能、刀具选择、走刀方式、加工工艺、参数设计以及智能化编程等方面要求非常严格，并且，面向模具型腔的数控加工难度大、耗时长，需要注意的事项比较多。对于面向模具型腔的数控加工，怎样才能提高加工的质量和效率，笔者将从以下五个方面进行分析。

1 数控机床性能

机床是数控加工最基础的运行部件，是支撑一系列数控加工工序的工作平台，机床性能的好坏直接关系到数控加工的质量。高效的数控加工往往都需要依靠性能良好的数控机床来实施。要确保数控机床的性能能够满足高效数控加工的需要，应做到以下几点：一是观察机床的物理结构即精准度和刚性是否达到标准。由于加工原材料本身都是具有高硬度，需要采用一定伸长量的铣刀加工模具型腔，要求机床的抗震能力以及加工精度比较达到标准要求，所以，高刚性和高精度是对高效数控加工机床的最基本要求；二是机床的转速和功率必须高，这样才能使得刀具关联的主轴转速足够快，同时需要完成型腔以及其他部件的协调运作，确保加工的一致性和严密性；三是机床应具备多轴联动和深孔腔综合切削的能力，多轴联动能够支持机床工作台持续的回转进给，结构复杂的深孔腔需要多轴联动前提下加工出各种曲面的模具零件；四是机床的控制系统必须先进。我国数控机床控制系统一直在不断的升级和完善，目前已经具备自行调整切削进给速度、机床的热变形补偿以及高速度传递数控加工数据等功能。

2 刀具系统

面向模具型腔的高效数控加工在刀具系统方面也需要不断改进。在具体选择加工刀具上需要考虑以下因素：首先，应选择高刚性和耐磨性的刀具材料，确保加工中不易变形或者损坏，这样才能有效避免在高速切削加工中出现刀口损坏或者其它刀具失效现象发生，以免降低加工效率和出现加工产品表面质量问题。同时在刀具系统管理中，需要针对刀具系统的有关切削参数进行针对性设置，以确保加工的高精准度；其次，在不同的切削刀刃的连接处最好采用倒角刀尖，避免热摩擦过大而损坏刀具，同时在实际操作中，还要结合具体情况选择不同类型和形状的加工刀具，这样才能针对不同的加工要求来提高加工精度和加工效率。同时在实际加工中还要注意所采用的刀具必须与编程所选择的刀具参数一致，防止因为误差影响到模具的加工精度；再次，应选择高精度刀片以及密齿刀。这样才能发挥出刀具高速加工的性能，提高材料切除的效率；最后，应采用自动换刀系统。这样做是为了自动换刀来压缩时间和提高定位的精准度。

3 走刀方式

如何走刀是考验数控加工水平的重要指标，也是考验数控编程人员专业能力的重要体现。由于走刀直接关系到数控加工的效率和质量，数控编程人员必须根据数控加工的实际情况选择合理的走到方式。如果走刀方式选择不当，往往会耽误数控加工的时间和进度，还可能影响到加工质量。所以，数控编程人员往往需要经过精密的思考和计算，确定最佳的走刀方式，尽可能的节约时间、保证质量、提高效率。当前我国多数的数控编程走刀方式都是采用CAM软件，对于模具型腔的粗加工在加工复杂零件时大部分时间都耗费在粗加工上，由于存在多种刀位轨迹的生成方法，我们在选择的走刀方式不同所耗费的加工时间即刀位轨迹长度差别就会很大。对于加工质量不高的问题常常就是因为在走刀方式的选择有误，所以，走刀方式也是衡量数控加工水平的一个重要参数，这就对有关数控编程以及技术人员提出了非常高的要求，需要选择出最合理的走刀方式并且还要不断改进技术，从而促进数控加工水平的不断提升。

4 加工工艺与参数

直观判断数控加工能力的强弱很大程度上体现在切削效率上，也就是需要从转速、吃刀量以及进给速度等方面来做文章，通过提高切削效率来促进数控加工能力的提升。所以，在数控加工过程中，要保证有效的切削用量，发挥出刀具应有的切削性能。除此以外，对于加工参数的优化，还必须从建立有效的瞬时切削力模型入手，这就需要技术人员加大切削实验，尽量保证工艺参数的实用性。同时模具型腔粗加工要去除大量材料，就需要充分考虑曲面形状、余量、材料硬度以及刀具磨损变化等因素，所以在实际加工中基本采用的还是保守的切削进给速度。

5 数控编程的智能化

模具型腔粗加工通常需要采用多种数控编程策略。我们上面提到的CAM 系统相对比较传统且具有很强的经验性，在具体的加工进给速度方面缺乏针对性，在生成的刀具路径方面缺乏可靠性，同时刀具寿命的维护不到位，所以，许多学者和专家都致力于改进和优化数控编制，将模具型腔复杂曲面数控加工的重点放在数据编程的智能化上，这也是目前数控编程的发展趋势。CAM系统数据编程智能化能够实现信息的自动化处理，能够根据CAD传递的几何信息以及相应的工艺系统识别加工特征，从而根据特征选择最佳的加工方式，并且能利用有关技术和工具计算出刀具的大小、加工余量、走刀方式以、切削用量以及优化刀具轨迹。

数控编程的智能化是实现模具型腔高效数控粗加工的关键，也是实现面向车间编程的重要前提，更是下一代CAM 系统的突破口。数据编程的智能化需要使用者建立自己的用户模版，能够实现独立利用和全面操作，从而大大提升了数控编程的效率。因此，现阶段我们要加大科研和实践力度，开发出模具型腔粗加工的智能工艺系统，结合材料以及加工余量科学考虑加工的切削参数，达到变速切削和高速切削的目标，建立起包括模具型腔加工几何模型的切削工艺参数数据库，促进无干涉刀具路径的生成，最终实现面向模具型腔的高效数控加工。

参考文献：

[1]张晓陆.模具高效加工方法与工艺规程制定[J].模具工业， 2007（09）.

[2]邓丽萍.简述数控加工的技术应用[J].中国新技术新产品， 2015（23）.