機械模具制造中數(shù)控加工技術的應用探討

郭亞東

摘要： 數(shù)控加工技術是指利用程序控制的自動化機床進行構件加工的工藝。隨著相關技術不斷發(fā)展，數(shù)控加工自動化、集中化、柔性化的優(yōu)勢使其在制造領域得到廣泛應用。數(shù)控加工技術的優(yōu)勢有機械模具結構相對復雜、生產總量較少、對精度要求高的特點。以機械模具的結構特征為基礎，分析數(shù)控加工技術工藝規(guī)劃、數(shù)控編程、仿真驗證等具體應用方法與要點。

Abstract： CNC machining technology refers to the use of automatic machine tool program control component processing process. With the continuous development of related technologies， nc machining automation， centralized， flexible advantages make it widely used in the manufacturing field. The advantages of CNC machining technology are relatively complex structure of mechanical die， less total production， high precision requirements. Based on the structural characteristics of mechanical die， the specific application methods and key points of NC machining technology such as process planning， NC programming and simulation verification are analyzed.

關鍵詞： 數(shù)控加工;機械模具;工藝規(guī)劃;數(shù)控編程

Key words： CNC machining;mechanical die;process planning;CNC programming

中圖分類號：TG659????????????????????????????????????? 文獻標識碼：A?????????????????????????????? ?? 文章編號：1674-957X（2021）21-0076-02

1? 數(shù)控加工技術的原理

數(shù)控加工是通過信息技術以信息程序來控制機械，進而使機床自動控制程序，對機床進行加工。數(shù)控加工技術可以分為軟件和硬件兩部分，軟件主要是通過編制計算機程序，使計算機程序自動控制機床。硬件系統(tǒng)主要是機床設備以及計算機硬件設備。軟硬件設備結合，計算機程序根據(jù)機床的尺寸和材質預先設置好數(shù)據(jù)之后再根據(jù)數(shù)控加工的要求編制計算機程序，自動控制機械進行生產。初步加工技術還能整理機械加工中的數(shù)據(jù)，進而實現(xiàn)中興制造。而數(shù)控機床配置的傳感器也能輸入和輸出數(shù)據(jù)，進而促進柔性化生產。

2? 數(shù)控加工技術的應用特征

伴隨著數(shù)控加工技術的發(fā)展，它越來越體現(xiàn)出自動化，集中化，柔性化的特征。自動化特征使得數(shù)控加工機床具備較高的生產效率，只需要花費很少的人力就可以高速生產出精準的機械模具。而集中化特征使得數(shù)控加工技術縮短了生產時間，各個工序之間通過計算機程序有序鏈接工序之間的時間間隔比較小，因此生產機械工具的時時間比較短。同時由于各個工具相對集中，因此對空間的要求也降低了。很小的生產空間就可以完成大規(guī)模的生產。柔性化設置可以根據(jù)采購方的訂單自主擴大或者縮小生產量。傳統(tǒng)的機械生產往往需要大規(guī)模生產才能使得每件產品的成本比較低，而數(shù)控加工技術更具柔性化，可以滿足采購方個性化的訂單需求。

機械制造生產過程中需要應用大量的機械模具，并且不同的產品需要形狀各異的模具。而有一些產品對精度的要求比較高，需求量也比較少。這給機械生產制造帶來很大的困擾。因為，制造企業(yè)在接到訂單后基于生產而新的訂單又需要新的模具，這樣進行成本攤銷，量小的訂單成本就很高。而出國加工技術能夠解決這一問題。數(shù)控加工技術通過程序來控制模具，并且精準控制產品的生產數(shù)據(jù)提高產品的精度。對于不同批次的簡單數(shù)控加工技術只需要調整程序編碼就可以快速生產，因此模具報廢問題得到了有效解決，并且可以生產精度高，難度大的產品。因此，數(shù)控加工技術在機械模具制造中具有廣泛的應用價值。

3? 數(shù)控設備加工中存在的問題

3.1 缺乏數(shù)控加工理念? 不少人對現(xiàn)代數(shù)控機床的生產自動化、集成化、柔性化特性缺乏認知，一方面無法熟練應用數(shù)控機床設備，對CAD、CAM等方法比較生疏，無法科學地應用數(shù)控機床設備。數(shù)控切削加工的專業(yè)操作技術人員，文化素質參差不齊，在選擇切割刀具、設計操作程序等方面能力不足。數(shù)控加工設備程序的品質、效率相比于傳統(tǒng)機械生產無明顯差別的問題，嚴重制約了我國數(shù)控機床的發(fā)展。

3.2 編程技術不高? 數(shù)控加工技術以程序為基礎，因此對于工作人員的編程能力要求高，工作人員不僅僅需要熟練掌握使用各類型的CAD、CAM編程軟件，要需要熟練掌握機械工藝管理知識，掌握扎實的和機械加工操作經驗。編程軟件質量對機械加工的準確度和效率具有重要影響，因為加工程序中包含每個零件的基本幾何模型信息，還包含每個零件的制造工藝設計信息。這就對編程人員提出了較高的要求，而編程人員具備的相關知識還存在著很大的局限性。

3.3 管理模式落后? 應用數(shù)控加工技術，企業(yè)需要配置專業(yè)技術人員，也需要配置管理理念先進的管理人員。在企業(yè)中，生產設備先進，而管理跟不上，基層企業(yè)與上層同級技術主管的缺乏溝通與銜接，而無法及時獲得上級技術主管部門的支持。這都直接影響了我國數(shù)控機床的發(fā)展。機床設計操作人員對機床工藝設計認知不足，機床加工操作經驗也不豐富，車間的高級專業(yè)技術人員及高級機床設計操作工程師不了解機床設計操作人員的實際困難，而導致生產問題頻頻發(fā)生。

4? 數(shù)控加工技術在機械模具制造中的應用方法

4.1 機械模具的加工特征? 在傳統(tǒng)模具加工制造技術中，簡單的參數(shù)也需要按照規(guī)范的步驟來操作，工作量比較大，成本也比較高。并且隨著生產技術的發(fā)展，機械模具越來越復雜多樣，傳統(tǒng)模具加工制造效率低，無法滿足市場多樣化的需求。因此技術人員可以應用數(shù)據(jù)加工技術，結合模具的加工特征，進一步整理模具的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行整合，尋找不同模具之間的共同特征建立典型模型。例如，工作人員可以以典型模型為基礎，使用自動識別直接說將制造領域中具有相似特征的模具整合起來建立一個數(shù)據(jù)庫。之后在生產相似的模具時，將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)調取出來進行簡單的調整，即可，這樣可以顯著降低生產成本并且提高生產效率。一般，模具中的孔、凸臺、角等數(shù)據(jù)就可以添加進數(shù)據(jù)庫中，當有相似的模型時，將數(shù)據(jù)調取出來。工作人員也可以利用數(shù)據(jù)不斷優(yōu)化流程布局，比如，分析模具的數(shù)據(jù)，進而選擇尺寸更合適的機場，或者選擇特征更相符的刀具。

4.2 機械模具的工藝規(guī)劃? 由于機械模具通常對質量、精度的要求比較高，所以，在數(shù)控技術進行加工時，前期花費的成本比較高，對效益的控制也比較嚴格。因此，設計人員需要在加工過程中合理規(guī)劃工藝，在保證生產效能的基礎上，進一步提高經濟效益。在規(guī)劃生產工藝的過程中，設計人員應當按照集中化的原則，由粗到細逐步設計。

規(guī)劃后的工藝盡量保證模具的一次性加工完成度，這樣有助于提高生產效益，降低生產成本。使用機械模具的過程中，工作人員需要關注定位誤差，否則產品的精度會受到影響。不同機床之間也存在一定誤差，工作人員要設置好誤差。例如，同軸孔應用使用一次定位加工法，以減少換刀和模具移動，進而保障模具的精度。在刀具移動、更換的過程中，盡量規(guī)劃較短的路程，以提高精度。同時，粗加工工序在前，精加工在后。安排時，對于道具位置最相近的工序應該連在一起，以減少道具反復移動。同時，平面加工在前，打孔、內部加工、表面加工災后。由于銑刀加工時會對模具施加一定的壓力，因此可能導致模具變形，進而使得一些高精度工序無法精確完成。所以，設計人員可以將銑刀加工和穿孔兩個工序在時間上交替進行。

4.3 機械模具的數(shù)控編程? 數(shù)控加工依賴于編程，程序越簡單、越靈活，數(shù)控機場的柔性化越好。因此，工作人員還應為機床選擇合理的程序。傳統(tǒng)的G代碼靈活性較差，無法滿足部分復雜的加工工序。而隨著CAM等數(shù)控編程軟件的出現(xiàn)，程序的靈活性越來越高，能滿足復雜的加工工序。這類數(shù)控軟件提取機械模具的幾何特征，并將關鍵數(shù)據(jù)進行存儲，進而使得程序的計算更快，使得編碼更精準。生產時，工作人員只需要輸入生產數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以自動階段，選擇機場河道具，并設置加工程序。刀具路徑、切削參數(shù)也能被自動計算出來。工作人員也可以對工藝程序進行再次規(guī)劃和確認，優(yōu)化程序，同時降低人工編碼發(fā)生錯誤的可能性。這也就是CAM軟件的人機交互功能，完善人工提取的模具數(shù)據(jù)。

4.4 機械模具的仿真驗證? 數(shù)控技術通過計算機程序控制機床，盡管其出錯率很低，但是由于生產條件復雜多變，很多環(huán)境因素也會對機床產生干擾，因此，碰撞、過切等問題也無法避免。而對數(shù)控機床的編碼進行方針驗證則能夠減少問題的發(fā)生率。仿真驗證是通過模擬機床當前的生產環(huán)境，進而預判生產過程中可能出現(xiàn)的各種問題，進而對機床進行調整，保障機床正常、準確工作。通常，工作人員需要通過計算機模擬運動場景，進而控制機械生產程序。例如，對NC文件中的加工指令進行解析，并且在掃描后對數(shù)據(jù)做模擬預算，根據(jù)結果判斷機械生產時可能出現(xiàn)的問題。例如，將計算過程和布爾減預算分離，使兩者相互獨立，進而保證驗證過程的準確性。在解析NC文件時，工作人員還應當數(shù)據(jù)刀具矢量，并且模擬好掃描體的結構，進而增強驗證結果的準確性。插補運算功能可以同時啟動，等待驗證結果。當前，驗證軟件幾乎都是通過動態(tài)圖形進行仿真。當模具與仿真結果出現(xiàn)偏差時，系統(tǒng)自動分析產生偏差的原因并自動改善問題。

5? 數(shù)控加工技術在機械模具制造中的應用要點

5.1 特征處理要點? 模具加工制造中，特征處理主要有打圓角、倒角和穿孔三種，都是通過識別、簡化進行處理。打圓角時，工作人員應當根據(jù)模具條件去匹配技術，從二邊流形體的維度提取特征。通常，加工時圓角又有類柱圓角和普通圓柱之分，對這兩種圓角，加工時可以根據(jù)模具的圓率、曲面半徑進行界定。每個圓角都存在一條光滑便，這條光滑便和其相鄰面的過度特征可以作為識別要素。處理倒角時，工作人員可以根據(jù)錐面或者平面處理，因為倒角往往呈現(xiàn)為幾何結構，因此，工作人員可以將各個面的廣度、邊的寬度作為主要特征。在處理孔時，工作人員需要關注孔的方向。通常提取孔的內環(huán)數(shù)據(jù)，還要關注孔的支撐面的延伸情況。在簡化各種操作時，工作人員可以整體優(yōu)化，也可以分步優(yōu)化。分步法中按順序刪除的策略更適合于復雜情境，整體刪除策略適用于簡單場景。這都需要根據(jù)模具的實際情況選取。

5.2 實體建模要點? 仿真驗證可以采用實體建模技術，通常以邊界、構造以及空間分割三種技術進行建模。邊界處理技術的優(yōu)勢在于建模數(shù)據(jù)小，處理速度快，但是無法對模具做整體性描述。構造法的光柵處理速度較快，但是缺乏邊界性描述。而空間分割法一般適用于復雜的機械模具。建模過程中會產生大量的數(shù)據(jù)，而系統(tǒng)的存儲量有限，特別是在處理復雜模型時，如果無法簡化數(shù)據(jù)，通常會降低驗證的精準度，進而影響驗證的準確性。因此，在實踐中，采用合理的方法建模非常重要。

6? 結語

隨著現(xiàn)代計算機信息技術的高速進步發(fā)展，傳統(tǒng)的智能制造管理技術已不再能適應采用現(xiàn)代先進的人工智能設備制造管理技術。數(shù)控機械加工傳動設備同時同樣具有高速度運動和低精度、高效率、柔性化和工業(yè)自動化等三大主要特點，加工數(shù)控設備加工制造設備數(shù)控技術投入應用后的開發(fā)創(chuàng)新能力、加工設備生產經營效率的整體水平及其高低直接就會關系到它體現(xiàn)了一個設備企業(yè)的加工設備數(shù)控加工水平和一個企業(yè)設備生產經營管理綜合實力。對工程機械設備制造業(yè)快速發(fā)展實現(xiàn)高度精和柔性化的工業(yè)自動化、集成化、智能化產業(yè)發(fā)展進程起著舉足輕重的推動促進作用。本文對數(shù)控機床在機械模具制造中的應用展開探究，為機械模具制造發(fā)展貢獻了一些有益思路。

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