淺論現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)對(duì)模具制造的促進(jìn)作用

李永

摘 要：數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展對(duì)模具制造業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了深刻的影響。文章通過分析現(xiàn)代模具制造的要求及特點(diǎn)、數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)、數(shù)控加工技術(shù)在我國制造業(yè)的地位及作用和模具與數(shù)控加工技術(shù)的關(guān)系等內(nèi)容。從而得出數(shù)控加工技術(shù)對(duì)模具制造具有很大的促進(jìn)作用。在現(xiàn)代模具制造企業(yè)中，數(shù)控機(jī)床得到了廣泛的使用，也為模具制造提高了效率、精度和復(fù)雜性等。數(shù)控加工技術(shù)為模具制造向高精密、壽命長、復(fù)雜和大型等方向發(fā)展提供了有力的推動(dòng)和促進(jìn)作用，得到了模具制造企業(yè)的廣泛使用。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工；模具制造；加工精度；加工效率

中圖分類號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）11-0017-02

模具是現(xiàn)代制造業(yè)中的一種成型多種材料的一種成型加工工具。其在現(xiàn)代制造業(yè)中使用率是非常高的。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)塑料產(chǎn)品的成型95%以上要使用塑料模具；汽車上的零件部件有90%依靠模具來成形?？梢娔＞叩闹圃鞂?duì)于工業(yè)生是多么的重要。數(shù)控加工是利用數(shù)控機(jī)床來替代工人的操作進(jìn)行零件加工的一種加工工藝。它適合品種多變、批量小、形狀復(fù)雜、精度高等零件的加工。因其比傳統(tǒng)加工技術(shù)具有不可替代的優(yōu)勢(shì)為模具制造提高了生產(chǎn)的效率、精度和復(fù)雜性。因此數(shù)控加工在現(xiàn)代精密模具企業(yè)中已得到了廣泛的使用。

1 模具制造的要求及特點(diǎn)

模具是用來使各種材料成型為我們所需形狀的產(chǎn)品的一種工具。模具的種類很多，例如成型塑料的模具有注塑模具、吹塑模具、壓塑模具等等；成型鈑金的有沖壓五金模具；成型實(shí)體零件的有鍛造模具和鑄造模具等。因其制造要求高，所以它集中了機(jī)械加工的精髓，除了傳統(tǒng)加工方法，還應(yīng)用了最先進(jìn)的加工技術(shù)，例如數(shù)控加工、電加工、化學(xué)加工和激光加工等等。主要的目的都是為了滿足模具制造的要求和特點(diǎn)。

1.1 加工精度要求高

模具成型后要容易脫模，產(chǎn)品的表面要光潔度高，所以模具零件的表面光潔度要求高一般要小于0.8 um，核心部分要小于0.4 um。尺寸精度和形位精度要比產(chǎn)品精度高兩個(gè)等級(jí)以上，一般公差的要求在±0.01 mm內(nèi)。裝配要求也高，例如塑料允許模具飛邊的間隙值很小，PE或PA的允許值為0.02 mm，所以裝配的間隙必須小于這個(gè)值。

1.2 模具材料性能要求高

因模具都是反復(fù)在沖擊力的作用下使用的，又要求具有長壽命，所以材料的硬度、強(qiáng)度等綜合性能必須高，機(jī)械切削就會(huì)比較困難。因此模具用鋼都是最先進(jìn)的，加工設(shè)備和刀具也是。

1.3 模具零件專用性強(qiáng)，單件生產(chǎn)概率高

一套模具可生產(chǎn)產(chǎn)品的數(shù)量大，模具使用壽命長，產(chǎn)品更新?lián)Q代快，所以一個(gè)產(chǎn)品的模具往往只生產(chǎn)一套或幾套，制造模具的核心零件也就都是單件或小批量的生產(chǎn)了。

1.4 模具制造的系統(tǒng)性強(qiáng)

復(fù)雜產(chǎn)品的精確成型往往都是由多個(gè)步驟來完成，每一步驟要設(shè)計(jì)一副模具，幾副模具組成一套。例如汽車覆蓋件的五金沖壓模具，都需要由七、八道工序才能成型，基本就是一條復(fù)雜的生產(chǎn)線。對(duì)于小型件就可以采用級(jí)進(jìn)模具來完成。因此在設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品的模具時(shí)必須通盤考慮各副模具之間的互相牽連和制約。

1.5 模具制造周期長與客戶要求時(shí)間短之間有矛盾

由于模具設(shè)計(jì)復(fù)雜、零件高精加工、精確裝配困難，以致制造周期長，又因現(xiàn)代產(chǎn)品更新?lián)Q代快，客戶為了搶占市場(chǎng)的先機(jī)，有縮短模具制造時(shí)間的要求。這與模具制造的要求是相反的，所以必須提高加工的效率和提高模具設(shè)計(jì)、制造、標(biāo)準(zhǔn)化水平來解決或緩解這個(gè)矛盾。

1.6 成本高

模具制造本身屬于高成本的開發(fā)工作，單套模具價(jià)格高，但使用的次數(shù)多和壽命長可以降低模具生產(chǎn)產(chǎn)品的單件成本。

1.7 模仁零件復(fù)雜

尤其是型腔類模具，產(chǎn)品的復(fù)雜程度都體現(xiàn)在模仁上。

2 數(shù)控加工的發(fā)展、現(xiàn)狀與特點(diǎn)

2.1 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展

需求是促進(jìn)發(fā)展的源動(dòng)力，創(chuàng)新是企業(yè)發(fā)展壯大的動(dòng)能。數(shù)控機(jī)床就是因美國發(fā)展先進(jìn)飛機(jī)的需求而委托柏森斯公司研制形狀復(fù)雜多樣、精度高的螺旋葉片而發(fā)明的創(chuàng)新設(shè)備。從1948開始研究年到1952年誕生第一臺(tái)數(shù)控銑床應(yīng)用與軍事開發(fā)，再到1957年正式大規(guī)模投產(chǎn)應(yīng)用于民用，數(shù)控銑床用了十年。到現(xiàn)在，經(jīng)過近七十年的發(fā)展，已經(jīng)得到了普及性的應(yīng)用，在模具行業(yè)中的使用最廣泛。早期數(shù)控機(jī)床的編程靠手工和利用打孔紙帶輸送到機(jī)床進(jìn)行識(shí)別，到今天已是直接用計(jì)算機(jī)繪圖并自動(dòng)生成程序，采用U盤或網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，可以說是實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。數(shù)控機(jī)床和可應(yīng)用的編程軟件也是可以完成越來越多復(fù)雜的零件編程及加工。未來，計(jì)算機(jī)集成制造（CIMS）系統(tǒng)將使我們的數(shù)控加工更加的集成化、智能化、可視化、虛擬化。

2.2 數(shù)控機(jī)床應(yīng)用現(xiàn)狀

在發(fā)達(dá)國家，所有制造企業(yè)的數(shù)控化率已達(dá)到70%以上，領(lǐng)先于我國的5%（是2013年的大約數(shù)據(jù)）。所以總的來說我國制造業(yè)的數(shù)控化率還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家，還有很大的發(fā)展空間。進(jìn)入新世紀(jì)以來，我國培養(yǎng)的數(shù)控技術(shù)人才得到了跨越式的提高，數(shù)控機(jī)床進(jìn)口和國產(chǎn)的數(shù)量在不斷的攀升。據(jù)國新辦統(tǒng)計(jì)到2015年上半年的數(shù)據(jù)，我國在關(guān)鍵工藝流程數(shù)控化率達(dá)到了65%。

2.3 使用數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)

數(shù)控加工技術(shù)與傳統(tǒng)的切削加工相比較具有以下的一些特點(diǎn)。

①加工效率高、速度高、精度高和可靠性高。

切削速度比傳統(tǒng)方法高。主要體現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床的轉(zhuǎn)速高和可以進(jìn)行不間斷的完成粗加工和精加工等工序。減少了傳統(tǒng)機(jī)床的換刀、工件反復(fù)裝夾等的時(shí)間，所以也提高了效率?，F(xiàn)在的數(shù)控機(jī)床加工精度基本都可以達(dá)到0.001 mm，而且加工過程主要由程序控制減去了人工操作的誤差，如果不考慮刀具的磨損產(chǎn)生的誤差，基本上每個(gè)零件之間的互換性是非常吻合的。也就是精度的可靠性也非常之高。

②勞動(dòng)強(qiáng)度低，技術(shù)要求高，需要高素質(zhì)的人才。

程序編制在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行，操作機(jī)床自動(dòng)完成工作，要求技術(shù)人員要掌握編程技能、加工工序分析、機(jī)床的操作、刀具的選擇等知識(shí)。體力勞動(dòng)強(qiáng)度雖然降低了但是要求技術(shù)人員的綜合素質(zhì)提高了。這個(gè)無疑會(huì)提高用工成本，但可以通過提高效率和加工精度、難度來化解。

③可加工復(fù)雜的曲線、曲面和異形面。

使用普通機(jī)床進(jìn)行零件加工很難實(shí)現(xiàn)幾個(gè)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的一齊精確進(jìn)給，也就是難于實(shí)現(xiàn)多軸精確的聯(lián)動(dòng)使刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡變得任意性。數(shù)控機(jī)床則不同，它可以實(shí)現(xiàn)多軸精確聯(lián)動(dòng)?，F(xiàn)在最先進(jìn)的投入生產(chǎn)的加工中心可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)，將來還會(huì)出現(xiàn)六軸、七軸等更多軸的聯(lián)動(dòng)加工。正是有了這些多軸聯(lián)動(dòng)才使我們的刀具軌跡實(shí)現(xiàn)“任意性”，能夠加工出來任意的曲線、曲面和異形面。

④勞動(dòng)環(huán)境優(yōu)于傳統(tǒng)加工方法。

數(shù)控機(jī)床屬于高科技產(chǎn)品，為了達(dá)到機(jī)床的最佳運(yùn)行狀態(tài)和提高使用壽命，所以必須保證它在合適的環(huán)境中工作。例如，溫度要控制好不能太熱，不能潮濕，周圍要干凈衛(wèi)生不能有灰塵等。

⑤便于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的生產(chǎn)管理。

需求在變化加工的零件亦會(huì)變化和反復(fù)，所以有時(shí)要根據(jù)不同時(shí)間來生產(chǎn)不同的產(chǎn)品，我們可以將加工程序編號(hào)存儲(chǔ)起來隨時(shí)可以根據(jù)需要來調(diào)用，不用反復(fù)的編程方便管理和提高效率。

⑥數(shù)控機(jī)床操作或編程技術(shù)人員需求旺盛，薪資高。

⑦使用數(shù)控機(jī)床存在的主要缺點(diǎn)是機(jī)床設(shè)備軟硬件價(jià)格昂貴，一次性投入多；要求操作使用人員和維修人員具有更高的水平。

3 數(shù)控加工技術(shù)的地位和作用

近年來我國的制造業(yè)受到國內(nèi)外形勢(shì)的影響，必須轉(zhuǎn)型升級(jí)才能維持全球制造中心的地位。作為我國現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)發(fā)展基石之一的機(jī)械制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)應(yīng)走在前沿，是提升國家綜合競(jìng)爭力的基礎(chǔ)。先進(jìn)制造技術(shù)的提高能夠通過整個(gè)國家的產(chǎn)品制造技術(shù)和能力，有利于提高國家的核心競(jìng)爭力。例如火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的制造，航母的制造等等。

我國已基本掌握了全球的很多領(lǐng)先技術(shù)，在機(jī)械制造技術(shù)方面也發(fā)生了根本性的改變。尤其是以華中數(shù)控為代表的數(shù)控機(jī)床和軟件的發(fā)展也得到了很大的提高。生產(chǎn)出來的產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)、性能、精度及生產(chǎn)效率等方面得到了根本性的提高。

目前，雖然我國的GDP已經(jīng)趕超德日上升為世界第二僅次于美國，但是我國的制造業(yè)工業(yè)增加值仍位居世界第四，約為美國的四分之一、日本的二分之一，落后于德國。而且，在機(jī)械產(chǎn)品中，我國單件或小批量產(chǎn)品所占的比例達(dá)到了80%左右，由于其加工難度高，生產(chǎn)效率難提高，產(chǎn)品質(zhì)量難保證。為了解決這些難題，在現(xiàn)如今的技術(shù)環(huán)境下采用數(shù)控加工是關(guān)鍵。

隨著對(duì)產(chǎn)品的精度和復(fù)雜程度要求越來越高，模具的核心部分也越來越復(fù)雜而且精度要求極高。往往模具零件都是小批量或單套生產(chǎn)，改動(dòng)頻繁。為了滿足要求，傳統(tǒng)機(jī)床加工已無法滿足，唯有采用更先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)來解決這類問題。數(shù)控加工的特點(diǎn)之一就是適合加工復(fù)雜而且精度高的零件。隨著模具標(biāo)準(zhǔn)化程度的不斷提高，一套模具所需加工的零件變少了，但是核心部分的加工還是少不了。為了提高核心零件的生產(chǎn)效率縮短工期和精度以適應(yīng)市場(chǎng)的要求，如果采用傳統(tǒng)的鉗工、車工、銑工等加工方法，工序多流程長人為因素的影響等難以保證提高效率和保證精度。而采用數(shù)控機(jī)床加工，生產(chǎn)過程完全由程序自動(dòng)控制執(zhí)行，避免了繁瑣的工序變換、反復(fù)的零件裝夾從而產(chǎn)生的誤差和人為失誤。雖然一次性數(shù)控機(jī)床的投入有所增加，但是人工的減少、場(chǎng)地占用的減少等都可以省回來。尤其是數(shù)控加工中心，它綜合了多種加工于一身和多刀具的自動(dòng)更換，適合加工多工位、工序集中和難測(cè)量的工件等。

4 模具與數(shù)控加工技術(shù)的關(guān)系

數(shù)控機(jī)床加工可以用于加工模具的各種零件，尤其是精度要求高、外形復(fù)雜的模具核心零件。模具制造的要求不斷提高也加速了數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。

在完成一整套模具的整個(gè)過程中，模具零件的加工是最主要工作之一。由模具生產(chǎn)出來的制品精度取決于模具制造的精度，所以模具制造的精度非常重要。采用傳統(tǒng)的加工工藝其效率和精度都比不上采用數(shù)控設(shè)備來進(jìn)行加工。而且，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床除了數(shù)字化控制程度不斷的提高，還向更加集約化和智能化的方向發(fā)展。例如，為了減少工件的反復(fù)裝夾帶來的誤差和人為的誤差，現(xiàn)在先進(jìn)的加工中心已是五軸的，將來甚至還會(huì)出現(xiàn)更多軸的加工。當(dāng)然就目前的情況而言，要充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床高性能、高精度等的特點(diǎn)還是需要編程和操作人員加工前進(jìn)行周密的工藝分析和設(shè)計(jì)來確定最優(yōu)的加工步驟和過程，最終才能加工出完美的模具零件。

數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、PLC技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展而取得了巨大的進(jìn)步?，F(xiàn)今的數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)控制采用的是PLC技術(shù)；而加工程序的編制和信息化處理是由計(jì)算機(jī)來完成，當(dāng)然簡單的也可以采用手工輸入編程；而加工精度的保證主要靠自動(dòng)檢測(cè)、反饋等微電子技術(shù)；所以說現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)是集多種新技術(shù)于一身的高科技。

對(duì)于模具制造來說，主要掌握的是機(jī)床的操作技能、計(jì)算機(jī)操作技能和編程軟件的使用技能，當(dāng)然各種加工工藝技能也是非常重要的。

操作方面，現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床智能化和簡單化越來越明顯，操作者主要掌握的操作技能的難點(diǎn)有兩個(gè)方面：一是工件的正確裝夾及對(duì)刀，也就是告訴機(jī)床工件的位置以及其與刀具的相對(duì)位置關(guān)系。

二是刀具的設(shè)置和各種刀具的選擇使用。尤其是隨著加工難度越來越高各種用途的刀具不斷出現(xiàn)，使刀具的選擇和刃磨變得越來越要求高，對(duì)操作者的要求也就高。而且這個(gè)對(duì)于加工效率、精度甚至于成敗都是有非常關(guān)鍵的影響。

在軟件使用方面，對(duì)于CAD/CAM/CAE軟件廣泛使用的有Auto CAD、Pro/E、UG、Solidworks、Master CAM等等。在模具制造編程中我們應(yīng)用最多的是Master CAM中的mill模塊。它已經(jīng)在模具核心零件編程加工中發(fā)揮了其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)，是一個(gè)非常好用、功能齊全、操作方便的加工編程軟件。

隨著我國數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，也出現(xiàn)了一批很好的數(shù)控操作系統(tǒng)和編程軟件，操作系統(tǒng)的代表有華中數(shù)控系統(tǒng)、廣數(shù)系統(tǒng)，編程軟件有CAXA、cccam等。

5 結(jié) 語

通過以上的分析比較現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)能夠很好的適應(yīng)現(xiàn)代模具制造的要求，所以得到了廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)代模具正向著大型、精密、復(fù)雜的方向發(fā)展，客戶的要求是價(jià)廉、交貨快等。數(shù)控機(jī)床的高速、高精度加工提高了模具制造的效率，滿足了客戶對(duì)模具開發(fā)縮短周期的期盼。隨著模具生產(chǎn)制造的標(biāo)準(zhǔn)化程度越來越高，模具生產(chǎn)企業(yè)主要使用數(shù)控加工設(shè)備來加工模具的核心部件。

總之，數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展極大的促進(jìn)了模具制造效率、復(fù)雜性和加工精度的提升，在模具企業(yè)中得到了越來越廣泛的使用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 龔仲華.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)典例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

[2] 許發(fā)樾.模具制造工藝與裝備（第二版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.