機械模具數(shù)控加工制造技術(shù)與運用

李林

摘要：在數(shù)控機床零件制造中，模具是最典型也是常見的加工零件，需要在了解零件結(jié)構(gòu)、分析零件圖、了解總裝圖的基礎(chǔ)上對所要生產(chǎn)的機械模具進行工藝分析、制定工藝規(guī)程，在細(xì)部技術(shù)方面還需要通過確定加工余量、工藝尺寸計算、定位誤差分析等技術(shù)環(huán)節(jié)的設(shè)計來體現(xiàn)工藝人員的職業(yè)素養(yǎng)，提高機械模具的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，并保證零件與實際應(yīng)用設(shè)備相適應(yīng)。

關(guān)鍵詞：機械模具;數(shù)控加工制造技術(shù)

0 ?引言

數(shù)控加工制造技術(shù)與傳統(tǒng)機械加工技術(shù)相比，其最大特點是使用可編程的數(shù)控機床對加工零件實施數(shù)字化工藝處理[1]。數(shù)控加工技術(shù)可以說是在傳統(tǒng)機械加工工藝的基礎(chǔ)上通過自動化設(shè)備實現(xiàn)以機械替代人工的技術(shù)形式，強化了傳統(tǒng)工藝性的計算精度，將機械模具的生產(chǎn)制造效率大大提高。數(shù)控加工技術(shù)通過數(shù)控編程技術(shù)轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)機床工藝技術(shù)的運用形式，使得全工藝綜合分析設(shè)計成為機械零件加工中最重要的技術(shù)研究環(huán)節(jié)，為多方案、多手段加工提供技術(shù)支持。

1 ?機械模具的數(shù)控加工基本工序

機械模具數(shù)控加工的基本工序應(yīng)按照產(chǎn)品裝配圖的設(shè)計要求及機械模具類型進行確定，除數(shù)字編程和自動化加工以外，與傳統(tǒng)機械加工工序的差異點并不多見，以下為最基本的機械模具加工作業(yè)工序：

1.1 機械模具零件圖分析

工藝人員對機械模具圖紙進行工藝性分析，確認(rèn)圖紙標(biāo)所標(biāo)注的零件設(shè)計參數(shù)完整，設(shè)計要求基本合理，如注明有一些額外、特殊工序，應(yīng)根據(jù)設(shè)計方實際要求進行轉(zhuǎn)工序處理[2]。

1.2 機械模具毛坯工件的選擇

工藝人員需要根據(jù)機械模具設(shè)計材料，初步擬定選擇毛坯工件，選擇原則以合理控制工藝和生產(chǎn)成本，提高加工效率和經(jīng)濟性為主，對于毛坯工件不能符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或出現(xiàn)無法采購的情況時，可選擇成品鍛件作為加工原料。

1.3 確定數(shù)控加工技術(shù)路線

數(shù)控加工技術(shù)路線是指工藝人員對機械模具生產(chǎn)應(yīng)用的加工方法、工藝參數(shù)、刀具選擇、裝夾等方案的具體設(shè)計，為保障技術(shù)路線的科學(xué)性及完整性，工藝人員需要對具體加工任務(wù)進行的科學(xué)合理的數(shù)字化編程。

1.4 數(shù)控加工工藝分析

工藝分析是工藝人員對設(shè)計該機械模具的各個加工階段的流程設(shè)計，例如粗加工基本成形、各個外圓倒角、加工高精度的端面、鍵槽、斜面等，再完成端面的表面粗糙度，最后去除測量余量、加工螺紋等按照一定工序的操作規(guī)程，使機械模具達到設(shè)計要求并具備生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)終檢的條件。

1.5 移交機械模具工藝備檔

在機械模具生產(chǎn)作業(yè)完成后并確定合格后，移交甲方使用之前，工藝人員需要清洗零件并開具合格證明，根據(jù)生產(chǎn)要求將全工藝路線及綜合設(shè)計思路通過編制工藝規(guī)程、工藝工序草圖等文本，與生產(chǎn)成品一同移交甲方備檔[3]。

2 ?影響機械模具數(shù)控加工質(zhì)量的因素

2.1 機械模具的毛坯工件質(zhì)量

毛坯件的源頭質(zhì)量是決定機械模具質(zhì)量的根本因素之一，機械模具加工制造中所選用的毛坯件一般都是高速粗工生產(chǎn)，可能存在模鍛欠壓、錯模量、鑄模誤差、金液流體未充滿模腔等工藝缺陷，在車削、銑削過程中會產(chǎn)生一定的次品率，往往有一些規(guī)格、型號、尺寸是與成品技術(shù)要求差異不大或不明顯的，檢查驗收時不易發(fā)現(xiàn)。除此之外，機械模具選取毛坯的參考指標(biāo)一般按照用件強度、剛度、耐磨性、變形缺陷等經(jīng)濟因素進行選取，對于一些未經(jīng)金屬探傷、金相組織檢查的毛坯件，內(nèi)部可能存在的孔眼類缺陷或積屑瘤對成品軸會造成質(zhì)量影響，尤其是細(xì)長軸加工時往往導(dǎo)致工件破裂，或影響機械設(shè)備的工作性能。

2.2 加工機械模具的數(shù)控機床生產(chǎn)狀態(tài)

機械模具的加工生產(chǎn)依賴于車、鉆、鏜、磨、銑、刨等生產(chǎn)性數(shù)控機床，這些數(shù)控機床在毛坯件加工過程中需要按照零件圖規(guī)定的尺寸和要求進行設(shè)定，機床如果長時間未經(jīng)維護，主軸回轉(zhuǎn)、刀具導(dǎo)軌等工作機能受機床組件變形影響，降低其加工切削能力，導(dǎo)致機械模具加工精度下降;或數(shù)控機床開動時間過長，長時間處于振動和發(fā)熱狀態(tài)，影響其運行穩(wěn)定性，進給量失準(zhǔn)、主軸轉(zhuǎn)速降低等基本設(shè)置的變動必然導(dǎo)致加工精度降低。

2.3 機械模具加工中產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力

機械模具經(jīng)過數(shù)控機床加工后，毛坯工件的原有內(nèi)應(yīng)力在車削、銑削、電火花作用下會重新分布，對機械模具的加工精度、裝配精度產(chǎn)生一定影響。例如在加工時采用了不影響使用的次品毛坯件，其內(nèi)部應(yīng)力恢復(fù)平衡的能力不及成品毛坯件所加工的機械模具，導(dǎo)致零件加工后標(biāo)準(zhǔn)合格，但在靜置一段時間后產(chǎn)生變形誤差，尤其是外形細(xì)長的機械模具，更易發(fā)生應(yīng)力變形誤差。

2.4 機械模具工藝系統(tǒng)受熱

機械模具加工時毛坯工件受到的切削熱、摩擦熱構(gòu)成零件結(jié)構(gòu)性內(nèi)熱源，生產(chǎn)環(huán)境溫度過高、機床溫度輻射熱等外部熱源等影響，這些工藝系統(tǒng)主要熱源對機械模具毛坯工件的金相組織產(chǎn)生一定的結(jié)構(gòu)性影響[4]。此外機床刀具、夾具也是切削熱、摩擦熱的影響物體，常發(fā)生變形現(xiàn)象，導(dǎo)致模具加工作業(yè)時產(chǎn)生誤差。

3 ?機械模具數(shù)控加工制造技術(shù)的應(yīng)用

3.1 機械模具制造中應(yīng)用數(shù)控車削加工技術(shù)

數(shù)控加工車削技術(shù)是基于傳統(tǒng)車削技術(shù)的工藝基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)字化軟件的編程技術(shù)，提升模具加工工藝的精度和效率，在數(shù)控車削加工技術(shù)使用過程中比較重要的工藝環(huán)節(jié)如下：

①合理確定加工工序。機械模具數(shù)控加工技術(shù)使用機械模具中，當(dāng)運用到數(shù)控車削技術(shù)時，應(yīng)該針對機械模具的設(shè)計要求和生產(chǎn)情況確定工藝流程，流程與一般傳統(tǒng)車削技術(shù)相似，例如先確定基準(zhǔn)面、粗車、精車、磨削等參數(shù)設(shè)計與具體分步處理工藝工法，在整體加工后進行局部加工;

②確定工藝影響因素。根據(jù)機械模具毛坯件材質(zhì)和設(shè)計要求的不同，所應(yīng)用車削刀具選擇也各有特點，根據(jù)上文敘述，在數(shù)控車削技術(shù)加工中刀具是對工件質(zhì)量影響較大的一個工藝影響因素，選擇刀具核心目的是合理控制走刀距離，使機械模具在精確性方面滿足設(shè)計要求;

③合理選擇加工工具。在數(shù)控加工車削技術(shù)中除了刀具以外，量具、夾具、裝夾方案等依賴加工工具的工藝流程也是影響工件質(zhì)量的重要因素，在編程中通過規(guī)范操作與參數(shù)設(shè)計能夠提升機械模具作業(yè)有效性。

工藝人員不僅需要對零件加工工藝進行全面的分析，還要分析零件裝配圖、了解生產(chǎn)現(xiàn)場的設(shè)施設(shè)備情況，根據(jù)實際情況對模具加工定位進行明確，嚴(yán)格按照設(shè)計規(guī)格對模具零件進行工藝性和實用性方面的加工，并以產(chǎn)品合格率作為檢驗標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 機械模具數(shù)控銑削加工技術(shù)的運用

當(dāng)機械模具設(shè)計要求加工平面、溝槽、花鍵、齒輪、螺紋等各種成形面或者遇到特殊形面時，就要求應(yīng)用數(shù)控銑削加工技術(shù)[5]。機械模具數(shù)控銑削加工技術(shù)比較成熟，與傳統(tǒng)銑削加工技術(shù)相比主要的差異體現(xiàn)在數(shù)字化處理、銑削作業(yè)過程的編程、非圓曲線變量編程等自動化處理技術(shù)，加工效率、精度、自動化生產(chǎn)優(yōu)勢明顯，而且數(shù)字化測量與編程技術(shù)，能夠在凹凸面結(jié)構(gòu)上進行加工作業(yè)，應(yīng)用中的幾個重點工序流程是：

①合理計算切削量。通過機械模具的具體設(shè)計要求，利用應(yīng)用軟件計算留量控制，其中重點圍繞進給量進行參數(shù)和數(shù)據(jù)的計算;

②設(shè)計參數(shù)及技術(shù)指標(biāo)。合理選擇技術(shù)參數(shù)具體有刀具選型、毛坯工件確定、切削余量等指標(biāo)，對銑削加工技術(shù)的應(yīng)用效率、模具質(zhì)量、模具精度、表面粗糙度和切削效率有直接影響;

③精檢工藝流程及工序。數(shù)控銑削加工技術(shù)在傳統(tǒng)機械銑削加工技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過軟件編程對曲面和凹凸面進行深度加工，提高加工效率，因此在編程結(jié)束后需要對工藝流程進行精確性的檢驗，以保證對加工精度的控制力。

此外，工藝人員也應(yīng)注意需求方的設(shè)計特殊要求，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)剡M行零件圖紙分析并按照生產(chǎn)操作規(guī)范作業(yè)。

3.3 機械模具電火花加工技術(shù)的運用

電火花加工技術(shù)在機械模具數(shù)控加工制造技術(shù)中的運用一般為模具切割處理，電火花加工技術(shù)屬特種加工領(lǐng)域技術(shù)，適用于導(dǎo)電材料的精密切割。在控制系統(tǒng)的作用下，電火花加工技術(shù)具有操作方法簡單、高效率等技術(shù)優(yōu)勢，在機械模具數(shù)控加工制造中運用層面也較為廣泛：

①電火花加工工藝確定。當(dāng)車削加工、銑削加工不能滿足工件設(shè)計要求時候才考慮使用電火花加工工藝，例如碰上切削、銑削刀具無法作業(yè)的復(fù)雜表面、精密溝槽需要深度切削、模具毛坯件長徑比異常、設(shè)計要求存在不規(guī)則腔縫及異度角、毛坯件裝夾存在缺失困難等情況，就要考慮使用電火花工藝方法進行加工作業(yè);

②毛坯件預(yù)加工。電極是比較容易出現(xiàn)損耗的原材料，因此為了減少電火花作業(yè)量，應(yīng)用電火花加工技術(shù)更需要注意最大限度去除毛坯件的材料余量，以減少電火花加工表面;

③模具裝夾方案。電火花加工工藝中不需考慮刀具等較強外力，因此一般使用永磁吸盤、導(dǎo)磁塊、正弦磁臺進行裝夾校正，之前需要使用計算機軟件對電極設(shè)計編程，使電極拆裝工作自動化，然后將電極與毛坯工件進行裝夾、校正;

④設(shè)置電參數(shù)。在校正操作以后根據(jù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)選擇包括電極數(shù)量與損耗量、工作液處理辦法、毛坯件加工參數(shù)等，進一步降低工件產(chǎn)生表面缺陷的概率，為生產(chǎn)條件實現(xiàn)自動化完善基礎(chǔ)設(shè)計。

當(dāng)前我國機械模具電火花數(shù)控加工技術(shù)不斷發(fā)展，機械模具制造更加精密、高效，數(shù)控電火花機床的應(yīng)用也越來越廣泛，例如夏米爾、三菱等先進數(shù)控機床在電火花加工技術(shù)應(yīng)用中滿足了機械模具行業(yè)發(fā)展需求，能夠加工普通切削、削工藝難以切削的導(dǎo)電材料以及形狀不規(guī)則的復(fù)雜工件，而且加工過程依賴電能而不依賴切削力的特點。

4 ?總結(jié)

機械模具是數(shù)控加工技術(shù)中常見的零件類型，其表面往往多復(fù)雜設(shè)計要求，因此需要在編制工藝文本時，綜合掌握車削、銑削、電火花等加工工藝的定位路線，精確計算預(yù)留余量，在生產(chǎn)過程中對各種工藝進行科學(xué)的數(shù)控機床的應(yīng)用。

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