機械模具數(shù)控加工制造技術(shù)分析

朱興偉

（無錫機電高等職業(yè)技術(shù)學校，江蘇 無錫214028）

機械模具加工是各類工藝設備制造的基礎。不僅各類機械模具的結(jié)構(gòu)和加工型面愈來愈復雜，而且對加工精度和加工周期的要求越來越高，這對機械模具加工和制造技術(shù)提出了新的要求。傳統(tǒng)的單軸數(shù)控加工技術(shù)逐漸無法滿足機械模具加工的要求。

1 機械模具數(shù)控加工制造技術(shù)

目前機械模具加工主要包括火花線切割、火花加工、車削加工、銑洗加工、磨削加工、數(shù)控加工等環(huán)節(jié)[1]。每一個加工環(huán)節(jié)都有明確的加工任務，都有獨特的加工作用，均無法相互替代。從機械模具的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)方式來看，各種機械模具之間的差異明顯，屬于單件小批量生產(chǎn)，這要求機械模具制造技術(shù)多元化，注重創(chuàng)新機械模具制造技術(shù)。從機械模具產(chǎn)品來看，機械模具產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復雜，加工精度要求高，數(shù)控加工的數(shù)據(jù)編程復雜。從機械模具加工數(shù)量和加工時間來看，由客戶決定機械模具加工數(shù)量，企業(yè)的加工能力決定機械模具的加工時間，機械模具的生產(chǎn)規(guī)模和加工時間具有隨機性。

2 數(shù)控加工技術(shù)在機械模具制造中的應用

在機械模具的制造過程中，要不斷地完善加工技術(shù)，尤其是數(shù)控加工技術(shù)，才能提高機械模具的生產(chǎn)效率，降低機械模具的生產(chǎn)成本[2]。數(shù)控車削加工技術(shù)廣泛運用于機械模具的制造過程，不僅用于零部件生產(chǎn)加工，而且也用于機械模具鑄件加工。銑削技術(shù)一般用于外部結(jié)構(gòu)是凹凸面的機械模具加工，能夠完成復雜外形的機械模具加工。下面以多軸數(shù)控編程加工技術(shù)為例，探討數(shù)控加工技術(shù)應用于機械模具制造的方法。

多軸數(shù)控編程加工是數(shù)控加工技術(shù)中難度大、應用范圍廣的一項技術(shù)，集成了計算機控制、高性能伺服驅(qū)動、精密加工等多項技術(shù)，可用于復雜曲面的機械模具加工，具有效率高、精度高和自動化程度高的加工特點。多軸數(shù)控編程加工設備是在三軸數(shù)控技術(shù)設備中增加了旋轉(zhuǎn)軸的一種數(shù)控加工設備，刀具與模具的位置、刀具軸線可以隨意調(diào)整和控制，以對機械模具進行多角度加工，且軸線與加工對象表面之間的夾角、切削速度均不發(fā)生變化。當前機械模具制造企業(yè)都使用五軸聯(lián)動數(shù)控加工設備[3]。

多軸數(shù)控編程加工主要包括三項關(guān)鍵技術(shù)。一是多軸數(shù)控編程。多軸數(shù)控加工的關(guān)鍵在于對刀具軸的矢量控制。目前數(shù)控自動變成系統(tǒng)可以完成三軸數(shù)控編程。編程方式包括ATP語言自動編程與圖像自動編程兩種，兩種編程方式的流程基本相同，圖1為多軸數(shù)控編程的流程。二是多軸數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)技術(shù)[4]。根據(jù)ISO的規(guī)定，五軸聯(lián)動數(shù)控機床主要使用右手直角坐標系，其中Z坐標定義為主軸坐標，X軸、Y軸、Z軸的旋轉(zhuǎn)分別定義為A軸、B軸、C軸。在一般情況下，把機床作為絕對坐標，機床固定坐標系原點作為機床的絕對原點，機床的絕對原點是整個機床的物理中心位置，目的在于使機床和控制系統(tǒng)同步，以測量機床運動的起始位置。在工件坐標中，工件數(shù)控變成坐標系由編程人員定義。三是刀具技術(shù)。刀具是保障加工效率和加工質(zhì)量的關(guān)鍵。在多軸數(shù)控加工過程中，普遍使用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、平底銑刀等。在加工曲面曲率小于球頭刀的情況下，將銑刀的曲面接觸面作為有效面積，并使用球頭銑刀進行加工，圖2為球頭銑刀與模具曲面的關(guān)系。

圖1 編程流程

圖2 刀具與曲面關(guān)系

3 提高機械模具數(shù)控加工精度的方法

3.1 幾何誤差的精度控制方法

加工工藝系統(tǒng)按照程序?qū)C械模具進行加工，機床主軸、刀具等影響機械模具的加工精度。首先，主軸旋轉(zhuǎn)影響加工精度。機床的主軸主要起傳動作用，主軸旋轉(zhuǎn)狀況決定工件的相對位置，影響工件表面的平整度。在加工過程中，如果主軸回轉(zhuǎn)軸線偏離標準中心軸線，將導致工件產(chǎn)生誤差。主軸回轉(zhuǎn)軸線偏離標準中心軸線的原因包括主軸磨損、軸承匹配度不高、主軸同軸度不高等。為了有效預防主軸回轉(zhuǎn)誤差，必須按照要求裝配主軸，并做好主軸的潤滑保養(yǎng)工作，減少主軸回轉(zhuǎn)對工件精度的影響。其次，刀具精度影響加工精度。刀具精度直接決定工件的加工精度，特別是使用特殊方式加工。在切削加工過程中，切削刃、刀面和工件等之間必然產(chǎn)生摩擦力，使刀具發(fā)生磨損。當磨損到一定程度，必然提高工件表面的粗糙度，導到切削形狀發(fā)生改變，造成振動和工件的加工誤差。刀具磨損影響切削效率、加工質(zhì)量、加工成本。為了有效地降低刀具對工件加工精度的影響，除了使用對刀樣板或?qū)Φ讹@微鏡安裝刀具外，還應采用新型耐磨材料加工刀具，正確使用冷卻潤滑劑，減少刀具的磨損程度，延長刀具的使用壽命。

3.2 受熱與受力對精度的影響及控制方法

模具材料質(zhì)量影響加工精度。加工材料受到力和溫度的影響，必然發(fā)生變形、扭曲、斷裂等問題。在加工過程中，刀具摩擦必然產(chǎn)生大量的熱量，使刀具處于高溫狀態(tài)，刀具發(fā)生熱變形，刀具的切削尺寸增加，導致加工工件精度不足。因此，在加工過程中，要選擇合適的刀具，調(diào)整好切削深度，并采用冷卻方法抑制熱變形，從而提高模具的加工精度。還可以采用適當?shù)姆椒?，防止受熱不均對加工精度的影響，例如，在用刨床加工長方體錘頭表面時，由于受到刨刀的擠壓，工件表面溫度快速提高，不得不對工件表面進行降溫，工件受熱不均勻，導致工件中部彎曲、上表面凸出等現(xiàn)象發(fā)生。切削量過大，影響工件的整體精度。為了緩解受熱不均勻?qū)ぜ庸ぞ鹊挠绊?，可采取兩種措施。一是合理使用冷卻潤滑劑，抑制工件溫度快速上升。二是對工件的非加工面進行預冷，縮小加工面和非加工面的溫度差距。為了保證機械模具的加工精度，必須按照機械加工工藝要求和產(chǎn)品性能要求，選擇合適的機械模具加工材料。

3.3 加工操作精度的控制方法

首先，注意工件的裝夾與調(diào)整。在機械模具加工過程中，如果使用手工方式加工，對工件進行多次裝夾或調(diào)整，難以保證工件與刀具之間達到理想的配合，從而產(chǎn)生偏差。即使產(chǎn)生細小的偏差，都會導致模具的加工誤差擴大，降低加工精度。因此，操作人員必須按照操作規(guī)范裝夾和調(diào)整工件，盡量減少裝夾與調(diào)整頻率。在批量加工時，可以采用固定夾具或使用適當?shù)妮o助工具，進行裝夾與調(diào)整，減少由于頻繁裝夾與調(diào)整產(chǎn)生的誤差。其次，測量誤差。測量是工件加工過程中的基本步驟，測量的目的是為了確保工件的加工尺寸合理。測量的準確性直接影響工件的整體精度。測量方式不合理或沒有正確使用測量工具，都會導致工件產(chǎn)生較大的誤差。因此測量必須規(guī)范、準確。

4 結(jié)語

機械模具數(shù)控加工技術(shù)相對于傳統(tǒng)加工技術(shù)而言，具有明顯的優(yōu)勢。借助數(shù)控編程，不僅可以提高機械模具的加工精度，還可以提高加工效率。在機械模具數(shù)控加工過程中，加工設備和加工刀具、加工材料與冷卻方法、加工裝夾和調(diào)整等對機械模具加工精度都會產(chǎn)生影響，應進一步加強這方面的研究，以改善加工方法和提高機械模具加工精度。