关于机械模具数控加工制造技术的探讨

2021-12-28

南方农机 2021年9期

（杭州萧山技师学院，浙江杭州 311201）

机械模具生产中所应用的数控加工技术，主要是借助网络系统和数字化技术实现机械设备的自主设计和生产工作。随着我国社会经济文化的快速发展，社会中各行各业对机械模具的产品工艺精度和质量提出了较高的要求，对于这些特殊工艺如果一味地采用人工生产那么难度较大，如果利用数控加工技术便可以很好地满足采购者对机械模具的生产工艺要求。同时数控加工技术在机械模具生产中，还可以大幅度缩减机械模具生产制造时间，提高工业生产的整体生产效率，促进该行业的进步与发展。

1 机械模具加工制造中的重点内容

对机械模具进行设计完成后，其形状就已经初步决定了机械模具的使用寿命，同时机械模具在制造成型的过程中，机械胚料的流动和成型在一定程度上也会受到机械模具几何形状的影响。此外，由于机械模具本身之间存在着一定的间隙，这就会影响机械模具在使用过程中的功能及应用寿命，为此，在对机械模具进行加工制造的过程中，需要考虑到机械模具形状对模具产生的影响[1]。在机械模具进行生产的过程中，不同类型的零部件对机械模具所使用的材质需求具有一定的差异性，由于机械模具所使用的材料，在耐磨性、硬度、耐热性、抗压性等物理性质都具有一定的区别，如果加工生产技术无法满足企业的需求，那么很可能会造成机械模具在生产过程中出现损坏。因此，在新旧更替的大背景下，通过应用数控加工技术便可以在缩短机械模具加工时间的基础上，提高产品的生产质量和生产效率，有力推动机械模具加工产业的进步和发展[2]。

2 机械模具生产中应用数控加工技术的优势

在机械模具生产中通过应用数控加工技术，主要具有以下三点优势：

1）可降低人工成本。通过应用数控加工技术可以改变传统机械模具加工生产中耗时费力、工艺繁琐等特点，在计算机辅助系统的控制下，便可以通过数控机床将机械模具的生产流程转化为一体化智能生产，无需人工参与手工劳作，进而在减少人力资源投入的基础上，实现产品效益增值。

2）推动企业高级人才的培养。通过利用数控加工技术便可以将传统的人工操作转化为智能化生产，这就需要企业在生产中培养相对应的高阶人才，确保企业技术人才能够充分掌握数控机床的机械原理和实践技能，满足企业的现代化生产需求。

3）优化机械模具产品质量，拓宽原有生产业务。通过应用数控加工技术可以借助智能化程序控制机械模具的生产加工流程，减少机械模具在生产中出现残次品，同时在计算机程序的控制下，数控加工机床还可以研发出全新的生产工艺流程，承接不同的机械模具加工，进而拓宽公司的生产业务。

3 数控加工制造技术在机械模具生产中的实际应用

3.1 利用数控加工技术进行机械模具分类

在机械模具分类中可利用数控加工技术进行分类优化，由于机械模具的生产结构较为复杂，因此，在实际生产中需要对生产原料进行认真筛选，确保原料的物理性能满足机械模具的生产进度要求。在生产车间中进行机械模具生产操作的数控机床具有很多种类，每种数控机床只能对相对应的原料进行加工制作，则需要生产人员将机械模具生产中所需的原材料进行合理分类，并且根据不同的分类情况对机械模具进行加工打磨，保证机械模具的生产质量。但是如果一味地通过人工进行机械模具分类，那么难免会出现人为失误，造成机械模具生产质量出现问题，因此，在生产中通过数控加工技术，便可以实现数控机床自行进行机械模具分类传送、原材料车削、磨削、电火花加工切割等相应制作流程。同时还可以在机械模具加工程序和使用工具相同的情况下，对同类型的机械模具进行同时加工生产，进而缩短机械模具的加工时间，采用这种因地制宜的加工生产方式，便可以避免机械模具在生产中频繁更换机床的问题，进而提高机械模具的加工生产效率[3]。

3.2 利用数控加工技术进行接触式数据采集

数控加工技术中接触式数据采集方式在应用过程中，主要是通过力的激发原理来触发数据采集和连续式扫描装置，在这个过程中需要通过磁场感应和超声波这两种方法对实体的结构进行准确的扫描和结构数据的记录。设计人员通常会将物体放置于三坐标测量机中，然后通过三坐标测量机将机械模具的具体结构特征进行不同方向的实测，还可以将该机械模具各个方向上的测量点数及分布情况在计算机上进行公布。在测量的过程中设计人员还可以采用触头测量法，通过触发式数据采集采用触头探针，当触头探针接触到该机械模具表面时，探针便会受到外界的压力，从而产生变形。在变形的过程中便会激活探针内部的开关，而采集系统便会在第一时间记录下探针受到外界压力时的坐标值。通过这样的方式，便可以准确地获取机械模具测量过程中的轮廓数据坐标。

在数控加工技术中所应用的接触式探针测量仪主要有三种，分别是机械式触发探头、压电陶瓷触发弹头、应变式触发探头。触发式探测头的主要用途是对已知机械模具的表面进行测量，同时由于触发式探测头具有较强的可利用性和通用性，该探测头常常应用于尺寸的测量和在线的应用过程中。此外，在测量过程中由于测量机处于匀速直线低速运动状态，这样测量机所记录下的坐标位置对机械模具轮廓的精度影响较小。但是在测量过程中，通过触发式探测头难以测量到机械模具的一些局部细节，这样就导致不能真实反映测量过程中机械模具的具体形状。

3.3 利用数控加工技术进行非接触式数据采集

当前在数控加工技术中所采用的非接触式数据采集方式，主要是通过光学原理进行数据的收集，现阶段所采用的非接触式数据采集方式主要有激光三角探测法、激光测距探测法、结构光探测法以及图像分析法等。

在数控加工技术的应用过程中，设计人员采用非接触式数据采集方法，可以大幅度的提高对机械模具数据采集过程中的准确度和数据采集速度，同时利用非接触式数据采集方法还可以有效减少数据采集过程中所产生的接触压力和摩擦力，这样就可以尽可能的避免测量中出现不必要的测量误差。同时非接触式数据采集方法与接触式数据采集方法，最明显的不同在于，通过非接触式数据采集方法对机械模具进行测量的过程中，可以避免接触式测头与被测表面由于曲率干涉所产生的伪劣点，同时非接触式数据采集方法在采集过程中所获得的密集云信息量巨大，还可以将传统接触式机械探头难以采集到的部位进行测量，这样就可以在最大程度上反映被测机械模具的真实结构模型。根据有关数据资料显示，由于非接触式数据采集方法所采用的是非接触式的探头，在对机械模具进行数据采集的过程中，并不需要接触到机械模具的表面，因此，每一次数据采集的速度通常维持在50 次/s～20 000 次/s 之间，这主要取决于机械模具表明形状的复杂程度[4]。

3.4 利用数控加工技术进行数据处理加工

在机械模具行业中通过数控加工技术进行数据处理的过程中，生产人员主要是通过CAD 模型进行数据模型的重新构建。这主要是将模型的被测量点数据划分为一般数据点和海量数据点，然后再将不同测量系统所得到的测量数据进行同一格式的转换，再将这些数据全部输入进CAD 软件模型构建系统中，这样便可以实现对数据格式的多重转化。

由于在数控加工技术中的每一个坐标测量都具有相对应的测量范围，在机械模具的测量中生产人员很难在同一坐标系下对机械模具的几何数据进行一次性测出。这就需要生产人员在不同坐标系下对机械模具进行结构测量，然后将多次所测量的数据结果统一进同一个坐标系中，而这一过程便需要经历多视数据的定位对齐，也就是数控加工技术中的多式点云拼合。在进行多次数据的对齐过程中，生产人员需要通过专用的测量软件装置对测量数据进行直接对齐或者是先进行模型的构建，然后再进行事后数据的对齐处理。在对数据进行对齐的过程中，生产人员可以采用ICP 算法、四元数法、基于三个基准点的对齐方法等，通过这些方法可以更好地进行数据的直接对接和相应的图形对齐。数据分割也是数控加工技术中所常用的一种实用性技术，通过数据分割可以将相应机械模具外形曲面的子曲面类型进行判别，然后将同一曲面的类型数据进行重组区分，再通过软件对不同的数据划分成不同的数据域，从而构建出精准度较高的机械模具。目前，在数控加工技术的应用过程中所采用的分割方法主要有基于参数二次曲面逼近数据分割法和散乱数据点自动分割法[5]。