数控加工技术在机械模具制造中的应用研究

2022-12-08罗蓓

现代工业经济和信息化 2022年10期

罗蓓

（镇江技师学院，江苏镇江 212001）

引言

机械加工中模具作为重要环节，通过模具塑造各种型号、形状的产品，模具自身精度与质量对于产品加工精度具有直接影响，产品不同对应模具种类也不同。机械模具的加工过程中，模具需承受坯料胀力，需要模具自身刚度、结构强度、表面粗糙度、硬度、精度满足机械加工的要求，由于模具多为小批量、单件生产，采取传统制造工艺，将会增加成本，降低生产质量和效率。

1 数控加工技术概述

数控加工是利用信息技术，通过信息程序控制机械，实现机床程序自动控制，完成模具加工，可将其分为硬件、软件两部分，软件是指编制计算机程序，实现机床自动控制的代码、参数；硬件是机床设备、计算机硬件设备等。通过软硬件设备有效应用，系统程序可根据模具材质、尺寸，预先输入数据参数，根据加工制造要求编制程序，完成自动化生产，还能整理加工数据，促进柔性化生产[1]。机械模具制造中应用该技术具有以下优势：

1）提高生产效率。数控加工技术是通过数字化系统制造机械模具，可控制机械设备完成大批量模具生产，满足模具加工需求，提高了机械生产效率，合理利用数控技术可促进机械制造质量实现跨越式提升，不仅能够减少生产时间，还能延长模具寿命，需要加强技术整合、完善工作，优化生产效率。

2）自动化生产。机械制造人员利用数控技术，能够通过编程代码进行设备的自动化控制，提前设定系统程序，不仅可提高机械制造生产效率，加强模具管理水平，体现数字加工技术优势，还能避免人为操作失误，降低不合格模具生产几率，减少不必要人员、成本投入，促进模具制造向智能化、自动化方向发展。

3）增加模具精度。传统模具加工多是人工制造，易受到内外部因素影响，诸如工厂环境、人员情绪、刀具选择、技术能力等，均会影响模具质量，可能出现操作失误、工作效率不足的情况[2]。

2 机械模具制造中数控加工要求

2.1 确定加工技术

数控加工技术具有数字化处理信息优势，可自动控制生产机械，具有周期短、灵活性高、效率强的特点，用于机械模具制造，可满足经济市场多样需求，保证企业能够站稳脚跟。数控技术类型如下：一是车削加工技术。该技术十分重要，使用车削工艺范围逐渐扩展下，企业对工艺也提出了新要求，加工机械模具中，需以此为核心，优化跳读生产及加工流程。例如，生产轴承类模具中，可采取车削加工工艺，将车削工艺优势发挥出来，注意该工艺较为单一，模具结果较为复杂则不能使用。二是电火花加工技术。模具生产中使用该技术，是通过电火花加热、切削模具，具有便捷性、快速性特点，广泛用于模具生产，能够缩短加工时间，提高制造质量。

2.2 确定产品特征

机械模具制作常态下多为单件生产，大多数机械模具结构特征鲜明，导致模具生产中，对机床控制、数控编程要求较高，以免出现重复开模情况。模具结构特殊，则要利用机械软件辅助模具生产加工[3]。因此，在机械模具生产中，应用数控技术前需要确定产品基本特征，保证加工效果满足设计要求。

2.3 确定模具参数

机械数控模具加工中，由于模具内部结构复杂，可能出现加工不规范、加工不到位情况，导致人员频繁制作一个机械模具，提高了模具加工成本，主要是由于操作基础机械设备不当，模具产品不符合质量标准，背离了模具生产可持续发展要求。为减少模具误差，需使用数控技术，重新定义模具制造精度和标准要求，保证加工模具质量。

2.4 确定加工原则

数控加工作为一整套流程，对于复杂的机械模具零件，需要保证严格设计，采取智能化控制方式，保证产品大小、形状，更换产品类型后，也要随之更换数据，提高数控系统运行能力，拓宽数控加工适用范围，广泛用于部件的生产与加工。机械模具采取数控加工中，也要遵循以下原则：一是先上后下原则。模具加工需要程序严格设计，明确上道工序加工质量对于下道工序夹紧与定位具有直接影响，为保证加工生产持续性，以免发生生产问题，需遵循先上后下原则，合理规划各环节工艺参数要求，确保生产安全[4]。二是连续性原则。数控机床加工模具要保证连续性，不能频繁更换刀具，根据各部件加工程序，合理应用刀具，采取相同类型刀具进行零件加工，保证一次性完成，以免由于刀型变换或重新定位造成加工误差，影响模具质量。

3 机械模具制造中数控加工技术的应用

以汽车覆盖件模具制作为例，利用数控加工技术，提高模具加工效率、质量及精度。

3.1 建立加工数据库

汽车外覆盖件是汽车空间形状构成的表面零件，不仅需保证尺寸稳定和充足刚性，对于外观也具有较高要求，需做到外观表面平滑、不能有拉毛、划伤、皱纹等缺陷，棱线清洗，尺寸精度高，必须提高外覆盖件加工精度。在数控加工中，人员可根据外覆盖件的粗加工、细加工阶段要求，确定零部件加工参数，以粗加工工序为例，需尽量避免发生欠切、过切情况，过切难以满足产品尺寸要求，欠切则会影响后续稳定型加工、加工效率及使用道具数量，可构建数控加工参数库，综合分析产品生产机床参数、质量要求、加工刀具（见图1）种类等，确定粗加工时为增加效率，通常采取高进给刀方式，使用牛鼻刀、刀盘类铣刀，二次加工室会应用硬质合金刀具球头铣刀，将其压缩为数据包[5]。

图1 切削刀具

当开始模具加工室，编程人员可结合情况，确定加工参数标准、刀具材料性能，确定具体使用的参数，将数据库参数赋值于程序代码，实现模具自动加工。

3.2 控制几何误差

机械模具制造中，模具通常会存在几何误差，需按照加工流程操作，以免内外界因素影响模具精度。一是考虑主轴影响模具精度情况，主轴运行具有传动作用，旋转主轴情况相爱，会影响工件形成位置，发生位置变化后将降低攻坚平整度，主轴一旦偏离标准线，不可避免会出现误差，偏离程度决定误差范围。数控机床长期运行下，主轴也会不断磨损，轴承匹配度随之降低，人员需根据要求安装主轴，定期做好主轴维护、保养工作，保证主轴处于标准位置[6]；二是刀具精度变化影响，不同模具生产方式不同，需保证刀具精准度，否则会影响模具的结构、外观。

3.3 采集模具信息

模具制造时为保证加工精度，需采集、检测模具产品信息，可采取接触式、非接触式采集信息方法，保证采集尺寸、精度准确性。在接触式采集中，利用力的激发原理，触发连续扫描和处罚是采集装置，通过磁场感应和超声波方式，对模具实体精准扫描，记录结构数据，实践中可将物体放在三坐标测量仪中，借助坐标仪，根据测量点通过计算机确定模具数据。人员还可采取触头测量技术，触头探针接触模具表面，探针遭受外界压力会发生变形，激活探针内部开关，测量设备始终保持匀速、直线、低速状态，采集系统可基于外界压力的探针坐标值进行记录，能够获得模具轮廓坐标信息（见图2）。

图2 激光测距

数控加工中，人员采取非接触信息，可提高采集模具信息精准度与速度，还能减少采集信息中的接触压力与摩擦力，以免发生测量误差。同时，采集信息中可获得诸多密集云信息，探测探头难以测量位置，每次采集数据为50～2 000次/s阀内，根据模具形状，确定采集速度。

3.4 确定走刀路线

数控加工中，走到路线是刀具和工件相对应的运动方向和轨迹，确定每道工序加工路线十份重要，和加工零件表面质量和精度密切相关。走刀路线确定中，应保证零件表面粗糙度与加工精度，便于计算数值，减少编程工作量，尽量缩短走刀路线，减少退刀、进刀及辅助时间，减少程序数量，避免占用更多储存空间。例如，在铣床加工中，刀具由于运动方向和轨迹差异，可能是逆铣或顺铣，不同加工路线获得零件质量不同，铣削平面外轮廓时，需避免刀具沿着构件外轮廓法向进行工件切入，需沿着外轮廓曲线延长线切入，以免切入部分出现刀具刻痕，提高零件轮廓平滑性；工件切出时，不能在工件轮廓位置直接抬刀，沿着零件轮廓延伸线切线开展切离工作。

3.5 把控加工细节

1）数控编程。机械模具数控加工需要做好编程工作，越简单的程序越灵活，人员需为机床加工选择恰当程序，以往多使用G代码，灵活性不足，难以满足复杂加工工序，CAM编程软件为数控加工提供了新选择途径，程序灵活性高，可用于复杂零件加工程序。

2）工序划分。模具加工工序是提高制造效率的重点，需结合整体模具结构、质量要求、走到路线等进行划分，需把握各道工序流程，合理安排工序，遵循工序集中原则，一次工序能够夹装零件进行多个表面加工，不仅能节约时间，也能提高加工质量，以免由于多次换刀造成误差；遵循工序分散原则，数控机床操作中，需对工序合理划分，通常不会影响设备生产，可采取分类加工方式，分组加工，协调刀具、走刀线路、切削量和粗精加工流程等，以免空走刀，增加整体生产效能。

3）切削用量。数控加工中，需保证流程严格性，合理规划切削用量，包括进给量、切削速度、背吃刀量等，把握多种影响要素，提高加工速度。切削环境、加工材料均会影响切削用量，需选择恰当切削速度，过快切削速度会磨损车床；切削深度方面，深度越大，则越要减少走刀次数，将走刀时间缩短，提高生产效率；进给量需结合生产条件决定，根据加工精度确定进给量，部件孔深切削中，可能出现难以排屑情况，需减少进给量，方能增加加工速度，保持侧吃刀量和背吃刀量相同，能够减少加工次数。

4）定位装夹。数控加工中，定位装夹作为其中重点，需要把握加工标准，结合环境因素、不见情况制定零件加工定位装夹方案，保证定位装夹严格夹具，使用专业夹具，确定零件批量，保证生产稳定性和连续性。