面向模具型腔的高效數(shù)控加工探究

尹耀康

摘 要：面向模具型腔的數(shù)控加工是模具數(shù)字化生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，關(guān)系到模具生產(chǎn)制造的質(zhì)量和進度。本文旨在提高模具加工制造的質(zhì)量和效率，提出了面向模具型腔的高效數(shù)控加工這個課題，針對模具型腔數(shù)控加工的數(shù)控機床、 刀具系統(tǒng)、 走刀方式、加工工藝與參數(shù)以及數(shù)控編程的智能化等五個方面展開探究，希望對我國數(shù)控加工的不斷優(yōu)化和改進有所幫助。

關(guān)鍵詞：模具型腔；數(shù)控加工； 機床性能；走刀方式；數(shù)控編程

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

0 引言

數(shù)控加工是目前生產(chǎn)加工領(lǐng)域程序相對比較復(fù)雜，操作比較嚴格，工藝比較講究的一門生產(chǎn)技術(shù)，在高轉(zhuǎn)速以及高進給速度下，能夠完成各種粗加工以及精加工的要求。數(shù)控加工在機床性能、刀具選擇、走刀方式、加工工藝、參數(shù)設(shè)計以及智能化編程等方面要求非常嚴格，并且，面向模具型腔的數(shù)控加工難度大、耗時長，需要注意的事項比較多。對于面向模具型腔的數(shù)控加工，怎樣才能提高加工的質(zhì)量和效率，筆者將從以下五個方面進行分析。

1 數(shù)控機床性能

機床是數(shù)控加工最基礎(chǔ)的運行部件，是支撐一系列數(shù)控加工工序的工作平臺，機床性能的好壞直接關(guān)系到數(shù)控加工的質(zhì)量。高效的數(shù)控加工往往都需要依靠性能良好的數(shù)控機床來實施。要確保數(shù)控機床的性能能夠滿足高效數(shù)控加工的需要，應(yīng)做到以下幾點：一是觀察機床的物理結(jié)構(gòu)即精準度和剛性是否達到標準。由于加工原材料本身都是具有高硬度，需要采用一定伸長量的銑刀加工模具型腔，要求機床的抗震能力以及加工精度比較達到標準要求，所以，高剛性和高精度是對高效數(shù)控加工機床的最基本要求；二是機床的轉(zhuǎn)速和功率必須高，這樣才能使得刀具關(guān)聯(lián)的主軸轉(zhuǎn)速足夠快，同時需要完成型腔以及其他部件的協(xié)調(diào)運作，確保加工的一致性和嚴密性；三是機床應(yīng)具備多軸聯(lián)動和深孔腔綜合切削的能力，多軸聯(lián)動能夠支持機床工作臺持續(xù)的回轉(zhuǎn)進給，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的深孔腔需要多軸聯(lián)動前提下加工出各種曲面的模具零件；四是機床的控制系統(tǒng)必須先進。我國數(shù)控機床控制系統(tǒng)一直在不斷的升級和完善，目前已經(jīng)具備自行調(diào)整切削進給速度、機床的熱變形補償以及高速度傳遞數(shù)控加工數(shù)據(jù)等功能。

2 刀具系統(tǒng)

面向模具型腔的高效數(shù)控加工在刀具系統(tǒng)方面也需要不斷改進。在具體選擇加工刀具上需要考慮以下因素：首先，應(yīng)選擇高剛性和耐磨性的刀具材料，確保加工中不易變形或者損壞，這樣才能有效避免在高速切削加工中出現(xiàn)刀口損壞或者其它刀具失效現(xiàn)象發(fā)生，以免降低加工效率和出現(xiàn)加工產(chǎn)品表面質(zhì)量問題。同時在刀具系統(tǒng)管理中，需要針對刀具系統(tǒng)的有關(guān)切削參數(shù)進行針對性設(shè)置，以確保加工的高精準度；其次，在不同的切削刀刃的連接處最好采用倒角刀尖，避免熱摩擦過大而損壞刀具，同時在實際操作中，還要結(jié)合具體情況選擇不同類型和形狀的加工刀具，這樣才能針對不同的加工要求來提高加工精度和加工效率。同時在實際加工中還要注意所采用的刀具必須與編程所選擇的刀具參數(shù)一致，防止因為誤差影響到模具的加工精度；再次，應(yīng)選擇高精度刀片以及密齒刀。這樣才能發(fā)揮出刀具高速加工的性能，提高材料切除的效率；最后，應(yīng)采用自動換刀系統(tǒng)。這樣做是為了自動換刀來壓縮時間和提高定位的精準度。

3 走刀方式

如何走刀是考驗數(shù)控加工水平的重要指標，也是考驗數(shù)控編程人員專業(yè)能力的重要體現(xiàn)。由于走刀直接關(guān)系到數(shù)控加工的效率和質(zhì)量，數(shù)控編程人員必須根據(jù)數(shù)控加工的實際情況選擇合理的走到方式。如果走刀方式選擇不當，往往會耽誤數(shù)控加工的時間和進度，還可能影響到加工質(zhì)量。所以，數(shù)控編程人員往往需要經(jīng)過精密的思考和計算，確定最佳的走刀方式，盡可能的節(jié)約時間、保證質(zhì)量、提高效率。當前我國多數(shù)的數(shù)控編程走刀方式都是采用CAM軟件，對于模具型腔的粗加工在加工復(fù)雜零件時大部分時間都耗費在粗加工上，由于存在多種刀位軌跡的生成方法，我們在選擇的走刀方式不同所耗費的加工時間即刀位軌跡長度差別就會很大。對于加工質(zhì)量不高的問題常常就是因為在走刀方式的選擇有誤，所以，走刀方式也是衡量數(shù)控加工水平的一個重要參數(shù)，這就對有關(guān)數(shù)控編程以及技術(shù)人員提出了非常高的要求，需要選擇出最合理的走刀方式并且還要不斷改進技術(shù)，從而促進數(shù)控加工水平的不斷提升。

4 加工工藝與參數(shù)

直觀判斷數(shù)控加工能力的強弱很大程度上體現(xiàn)在切削效率上，也就是需要從轉(zhuǎn)速、吃刀量以及進給速度等方面來做文章，通過提高切削效率來促進數(shù)控加工能力的提升。所以，在數(shù)控加工過程中，要保證有效的切削用量，發(fā)揮出刀具應(yīng)有的切削性能。除此以外，對于加工參數(shù)的優(yōu)化，還必須從建立有效的瞬時切削力模型入手，這就需要技術(shù)人員加大切削實驗，盡量保證工藝參數(shù)的實用性。同時模具型腔粗加工要去除大量材料，就需要充分考慮曲面形狀、余量、材料硬度以及刀具磨損變化等因素，所以在實際加工中基本采用的還是保守的切削進給速度。

5 數(shù)控編程的智能化

模具型腔粗加工通常需要采用多種數(shù)控編程策略。我們上面提到的CAM 系統(tǒng)相對比較傳統(tǒng)且具有很強的經(jīng)驗性，在具體的加工進給速度方面缺乏針對性，在生成的刀具路徑方面缺乏可靠性，同時刀具壽命的維護不到位，所以，許多學(xué)者和專家都致力于改進和優(yōu)化數(shù)控編制，將模具型腔復(fù)雜曲面數(shù)控加工的重點放在數(shù)據(jù)編程的智能化上，這也是目前數(shù)控編程的發(fā)展趨勢。CAM系統(tǒng)數(shù)據(jù)編程智能化能夠?qū)崿F(xiàn)信息的自動化處理，能夠根據(jù)CAD傳遞的幾何信息以及相應(yīng)的工藝系統(tǒng)識別加工特征，從而根據(jù)特征選擇最佳的加工方式，并且能利用有關(guān)技術(shù)和工具計算出刀具的大小、加工余量、走刀方式以、切削用量以及優(yōu)化刀具軌跡。

數(shù)控編程的智能化是實現(xiàn)模具型腔高效數(shù)控粗加工的關(guān)鍵，也是實現(xiàn)面向車間編程的重要前提，更是下一代CAM 系統(tǒng)的突破口。數(shù)據(jù)編程的智能化需要使用者建立自己的用戶模版，能夠?qū)崿F(xiàn)獨立利用和全面操作，從而大大提升了數(shù)控編程的效率。因此，現(xiàn)階段我們要加大科研和實踐力度，開發(fā)出模具型腔粗加工的智能工藝系統(tǒng)，結(jié)合材料以及加工余量科學(xué)考慮加工的切削參數(shù)，達到變速切削和高速切削的目標，建立起包括模具型腔加工幾何模型的切削工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫，促進無干涉刀具路徑的生成，最終實現(xiàn)面向模具型腔的高效數(shù)控加工。

參考文獻：

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