淺析數控技術在機械模具制造中的具體應用及改進建議

丘宏岳

（華南理工大學廣州學院，機械工程學院，廣東 廣州 510800）

機械模具是我國制造行業(yè)的生產代表性產品之一，機械模具的制造綜合了我國多種制造工藝技術，能夠較為完整地展現(xiàn)我國的制造業(yè)整體的技術發(fā)展水平[1]。當今時代，機械制造逐漸取代的人工制造，制造業(yè)通過采用相關的機械設備來提升機械制造的生產率，但隨著科學技術的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，簡單的機械制造已經無法滿足市場對產品數量和質量的需求，因此為提升機械模具制造的水平，制造工作人員運用數控加工技術采用電腦程序控制機械完成生產工作，不僅提高了機械模具制造的效率[2]，更提升了模具的制造品質，基于此，本文淺析了數控技術在機械模具制造中的具體應用及改進建議，從數控技術在機械模具制造中的應用現(xiàn)狀出發(fā)，總結數控技術在機械模具制造中的具體應用，并從對個角度提出了幾點數控技術在機械模具制造中的改進建議，能夠促進數控技術的進一步發(fā)展和應用，從而推動機械制造行業(yè)的蓬勃發(fā)展。

1 數控技術在機械模具制造中的應用

數控技術在機械模具制造中重點應用于生產機床，數控技術的應用關鍵在于改造機床的功能，首先在外觀上可以進行簡單的改進，對機械內部的結構進行修理和加工能夠提高機床的技工精度和自動化程度，通過改造機床融合數據控技術能夠大幅度提升機械模具制造的精度和穩(wěn)定性[3]，數控機床的改造方案如下圖1所示。

圖1 數控機床的改造方案

經過融合數控技術改造后的機床性能更加全面，相較于傳統(tǒng)的機械模具制作機床，其性能主要突出在加工性能、機械性能、電氣性能以及使用性能等四個方面，傳統(tǒng)機床與數控機床的性能對比分析結果如下表1所示：

機床的縱向和橫向進給系統(tǒng)由刀架、大拖板、滾珠絲杠等部分組成，縱向和橫向進給系統(tǒng)結構如下圖2所示。在對機床進行改造時，首先采用步進電機帶動后面的絲杠，帶動中拖板和刀架來回移動，并由數控程序控制刀削機進行工作，提供不同的切削速度，其主軸也能實現(xiàn)無級變速，節(jié)約了人工控制機械的時間，提升了機床的生產穩(wěn)定性[4]。其次改造刀架的位置，使刀架既可以進行縱向運動也可以進行橫向運動，且刀架能夠自動完成換刀操作，降低了人工換刀的風險。最后深化機床對機械模具螺紋的加工功能，采用單頭螺紋和雙頭螺紋同時加工的程序，并設置循環(huán)操作系統(tǒng)，提升機床對機械模具螺紋的加工效率。

圖2 縱向和橫向進給系統(tǒng)結構

機床的切削功率的計算公式如下公式（1）：

其中，0F表示切削力；0V表示切削速度；

機床的主軸轉速的計算公式如下公式（2）：

其中，d為機械模具的毛坯外徑。

主傳動電機功率的計算公式如下公式（3）：

表1 傳統(tǒng)機床與數控機床的性能對比分析

在生產同一機械模具時，對比傳統(tǒng)機床和應用數據控技術的機床的工作參數發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)機床在工作時，由于切削速度不穩(wěn)定，且機床受到的切削力較大，機床的受損程度嚴重，其切削功率較高，機床的主軸速度不穩(wěn)定，導致整體的工作狀態(tài)穩(wěn)定性較差，易出現(xiàn)設備故障和產品誤差。而應用數控技術的機床整體切削速度穩(wěn)定，機床受到的切削力較小，在維護制造過程穩(wěn)定的同時還能延長機床的使用壽命，其主要的優(yōu)勢再用加工速度更快捷，能夠大大提升機械模具生產的效率，更提升了制造車間的安全水平，具有較高的應用價值。

采用數控技術提升機械模具制造機床生產的穩(wěn)定性和生產效率外，對生產模具的精度也有顯著提升，其中數控機床所用的滾珠絲杠副已經標準化[5]，其各方面的參數計算公式如下：

對Z向滾珠絲杠軸向力Q的計算：

式中，f為當量摩擦系數，取值在0.15-0.18，摩擦系數越小，對精度的影響越小。

滾動螺旋的基本額定載荷C的計算方式如下公式（5）：

式中，Ka為載荷系數，Kh為硬度系數，Kl為短行程系數。

數控機床的滾珠絲杠安裝時采用兩端支撐，具有較好的力學強度，其結構如下圖3所示。

圖3 兩端支撐結構

滾珠絲杠的強度、柔度及剛度是保證其精確度的三大要素。

滾珠絲杠的強度根據第三強度理論有：

滾珠絲杠的柔度計算如下：

滾珠絲杠剛度計算如下：

2 數控技術在機械模具制造中的改進建議

2.1 對機械模具進行合理分類

對機械模具進行合理分類是維護制造廠秩序的主要手段，機械模具的種類眾多，所需零部件復雜，因此任何環(huán)節(jié)的失誤都有可能影響后期的工作效果，甚至降低整體的制造效率和質量[6]。首先在機械生產前期，加工人員應根據實際加工情況，根據機器模具的種類，選擇合適的數控機床，并確保機床能夠正常運行。其次，為使模具制造工程更加順利，需對制造廠的物料進行仔細分類，并根據不同模具的制造需求準備好所需用的零件，并將零件放置在取用便捷的位置，從而加快模具制造的生產速度。最后，工作人員對模具做出合理的判斷，根據模具的生產用途和主要特點，采用合適的加工技術，例如電火花切割技術或車削技術等，確保模具具有較好的力學性能，其品質達到市場需求標準。

2.2 優(yōu)化數控加工技術

隨著社會發(fā)展腳步的加快，數控技術應跟隨時代的腳步進行不斷地革新和創(chuàng)造，才能在時代發(fā)展中滿足市場經濟的需求而不被淘汰，數控加工技術的優(yōu)化主要包括以下幾點：

（1）多種理論支持。數控加工技術的應用需要大量的理論知識作為基礎，只有全面掌握數控加工技術的理論知識，才能避免危險事故的發(fā)生，發(fā)揮數控技術的優(yōu)勢，從而保障機器模具的制作質量，并且掌握其核心精髓，促進數控加工技術的發(fā)展和創(chuàng)新。

（2）融合計算機技術。數控加工技術的本質是通過應用程序對機械設備進行控制，從而完成相應的制作工作。因此，要優(yōu)化數控加工技術，還需融合計算機技術，使數控加工技術的步驟更加規(guī)范化、精確化，從而降低殘次品的生產概率[7]。

（3）加強對機械的管理：在進行數控技術的應用過程中，工作人員需要對數控機床以及控制設備進行定期檢查和維修，及時發(fā)現(xiàn)可能導致風險事故的設備故障，確保機械設備始終處于良好的工作狀態(tài)。

2.3 制定嚴格的數控加工技術流程

由于機器模具的制造工作流程較為復雜，因此，制定嚴格的數控加工技術流程能夠有效提升機械模具的生產效率。制定嚴格的數控加工技術流程，首先要明確模具的制作方向，根據實際情況制定相應的生產目標，整合已有設備和物資信息，并合理分配資源，明確各崗位員工的工作任務和責任，確保工作流程的順暢。其次要明確機械模具的制造流程。根據其制作流程在關鍵步驟融入數控加工技術，并合理縮減模具的制作工序，促進生產速度的進一步提升的同時降低模具制造失誤率，節(jié)約生產成本，將更多的資金投入到技術研發(fā)中[8]。最后，要根據數控加工技術流程嚴格實施，保證每一個環(huán)節(jié)的工作質量，加強各制作車間的聯(lián)系，確保各環(huán)節(jié)銜接的順利無障礙，節(jié)約機械模具制造時間，使機械模具的制造流程更有秩序。

3 結語

綜上所述，數控技術不僅適用于機械制造行業(yè)，更適用于廠房的生產和加工，通過在機械模具制造中應用數控技術，能夠改善傳統(tǒng)模具制造生產效率低、質量差的缺陷，降低機械模具制造成本減少殘次品的生產概率，使機械模具的制造流程和工序簡單化，提升機械模具的生產效率和質量，也為機械制造業(yè)打造良好的技術基礎，促進制造行業(yè)向著自動化、精確化、高效化以及品質化發(fā)展。但隨著市場需求的不斷變化，機械模具制造還需融入更多的科學技術，不斷提升各方面的性能，才能滿足市場對機械模具制造效率和品質的要求，促進我國制造行業(yè)的全面發(fā)展。