關(guān)于機械模具數(shù)控加工制造技術(shù)的探討

（杭州蕭山技師學院，浙江 杭州 311201）

機械模具生產(chǎn)中所應(yīng)用的數(shù)控加工技術(shù)，主要是借助網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)機械設(shè)備的自主設(shè)計和生產(chǎn)工作。隨著我國社會經(jīng)濟文化的快速發(fā)展，社會中各行各業(yè)對機械模具的產(chǎn)品工藝精度和質(zhì)量提出了較高的要求，對于這些特殊工藝如果一味地采用人工生產(chǎn)那么難度較大，如果利用數(shù)控加工技術(shù)便可以很好地滿足采購者對機械模具的生產(chǎn)工藝要求。同時數(shù)控加工技術(shù)在機械模具生產(chǎn)中，還可以大幅度縮減機械模具生產(chǎn)制造時間，提高工業(yè)生產(chǎn)的整體生產(chǎn)效率，促進該行業(yè)的進步與發(fā)展。

1 機械模具加工制造中的重點內(nèi)容

對機械模具進行設(shè)計完成后，其形狀就已經(jīng)初步?jīng)Q定了機械模具的使用壽命，同時機械模具在制造成型的過程中，機械胚料的流動和成型在一定程度上也會受到機械模具幾何形狀的影響。此外，由于機械模具本身之間存在著一定的間隙，這就會影響機械模具在使用過程中的功能及應(yīng)用壽命，為此，在對機械模具進行加工制造的過程中，需要考慮到機械模具形狀對模具產(chǎn)生的影響[1]。在機械模具進行生產(chǎn)的過程中，不同類型的零部件對機械模具所使用的材質(zhì)需求具有一定的差異性，由于機械模具所使用的材料，在耐磨性、硬度、耐熱性、抗壓性等物理性質(zhì)都具有一定的區(qū)別，如果加工生產(chǎn)技術(shù)無法滿足企業(yè)的需求，那么很可能會造成機械模具在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)損壞。因此，在新舊更替的大背景下，通過應(yīng)用數(shù)控加工技術(shù)便可以在縮短機械模具加工時間的基礎(chǔ)上，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，有力推動機械模具加工產(chǎn)業(yè)的進步和發(fā)展[2]。

2 機械模具生產(chǎn)中應(yīng)用數(shù)控加工技術(shù)的優(yōu)勢

在機械模具生產(chǎn)中通過應(yīng)用數(shù)控加工技術(shù)，主要具有以下三點優(yōu)勢：

1）可降低人工成本。通過應(yīng)用數(shù)控加工技術(shù)可以改變傳統(tǒng)機械模具加工生產(chǎn)中耗時費力、工藝繁瑣等特點，在計算機輔助系統(tǒng)的控制下，便可以通過數(shù)控機床將機械模具的生產(chǎn)流程轉(zhuǎn)化為一體化智能生產(chǎn)，無需人工參與手工勞作，進而在減少人力資源投入的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)產(chǎn)品效益增值。

2）推動企業(yè)高級人才的培養(yǎng)。通過利用數(shù)控加工技術(shù)便可以將傳統(tǒng)的人工操作轉(zhuǎn)化為智能化生產(chǎn)，這就需要企業(yè)在生產(chǎn)中培養(yǎng)相對應(yīng)的高階人才，確保企業(yè)技術(shù)人才能夠充分掌握數(shù)控機床的機械原理和實踐技能，滿足企業(yè)的現(xiàn)代化生產(chǎn)需求。

3）優(yōu)化機械模具產(chǎn)品質(zhì)量，拓寬原有生產(chǎn)業(yè)務(wù)。通過應(yīng)用數(shù)控加工技術(shù)可以借助智能化程序控制機械模具的生產(chǎn)加工流程，減少機械模具在生產(chǎn)中出現(xiàn)殘次品，同時在計算機程序的控制下，數(shù)控加工機床還可以研發(fā)出全新的生產(chǎn)工藝流程，承接不同的機械模具加工，進而拓寬公司的生產(chǎn)業(yè)務(wù)。

3 數(shù)控加工制造技術(shù)在機械模具生產(chǎn)中的實際應(yīng)用

3.1 利用數(shù)控加工技術(shù)進行機械模具分類

在機械模具分類中可利用數(shù)控加工技術(shù)進行分類優(yōu)化，由于機械模具的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此，在實際生產(chǎn)中需要對生產(chǎn)原料進行認真篩選，確保原料的物理性能滿足機械模具的生產(chǎn)進度要求。在生產(chǎn)車間中進行機械模具生產(chǎn)操作的數(shù)控機床具有很多種類，每種數(shù)控機床只能對相對應(yīng)的原料進行加工制作，則需要生產(chǎn)人員將機械模具生產(chǎn)中所需的原材料進行合理分類，并且根據(jù)不同的分類情況對機械模具進行加工打磨，保證機械模具的生產(chǎn)質(zhì)量。但是如果一味地通過人工進行機械模具分類，那么難免會出現(xiàn)人為失誤，造成機械模具生產(chǎn)質(zhì)量出現(xiàn)問題，因此，在生產(chǎn)中通過數(shù)控加工技術(shù)，便可以實現(xiàn)數(shù)控機床自行進行機械模具分類傳送、原材料車削、磨削、電火花加工切割等相應(yīng)制作流程。同時還可以在機械模具加工程序和使用工具相同的情況下，對同類型的機械模具進行同時加工生產(chǎn)，進而縮短機械模具的加工時間，采用這種因地制宜的加工生產(chǎn)方式，便可以避免機械模具在生產(chǎn)中頻繁更換機床的問題，進而提高機械模具的加工生產(chǎn)效率[3]。

3.2 利用數(shù)控加工技術(shù)進行接觸式數(shù)據(jù)采集

數(shù)控加工技術(shù)中接觸式數(shù)據(jù)采集方式在應(yīng)用過程中，主要是通過力的激發(fā)原理來觸發(fā)數(shù)據(jù)采集和連續(xù)式掃描裝置，在這個過程中需要通過磁場感應(yīng)和超聲波這兩種方法對實體的結(jié)構(gòu)進行準確的掃描和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的記錄。設(shè)計人員通常會將物體放置于三坐標測量機中，然后通過三坐標測量機將機械模具的具體結(jié)構(gòu)特征進行不同方向的實測，還可以將該機械模具各個方向上的測量點數(shù)及分布情況在計算機上進行公布。在測量的過程中設(shè)計人員還可以采用觸頭測量法，通過觸發(fā)式數(shù)據(jù)采集采用觸頭探針，當觸頭探針接觸到該機械模具表面時，探針便會受到外界的壓力，從而產(chǎn)生變形。在變形的過程中便會激活探針內(nèi)部的開關(guān)，而采集系統(tǒng)便會在第一時間記錄下探針受到外界壓力時的坐標值。通過這樣的方式，便可以準確地獲取機械模具測量過程中的輪廓數(shù)據(jù)坐標。

在數(shù)控加工技術(shù)中所應(yīng)用的接觸式探針測量儀主要有三種，分別是機械式觸發(fā)探頭、壓電陶瓷觸發(fā)彈頭、應(yīng)變式觸發(fā)探頭。觸發(fā)式探測頭的主要用途是對已知機械模具的表面進行測量，同時由于觸發(fā)式探測頭具有較強的可利用性和通用性，該探測頭常常應(yīng)用于尺寸的測量和在線的應(yīng)用過程中。此外，在測量過程中由于測量機處于勻速直線低速運動狀態(tài)，這樣測量機所記錄下的坐標位置對機械模具輪廓的精度影響較小。但是在測量過程中，通過觸發(fā)式探測頭難以測量到機械模具的一些局部細節(jié)，這樣就導(dǎo)致不能真實反映測量過程中機械模具的具體形狀。

3.3 利用數(shù)控加工技術(shù)進行非接觸式數(shù)據(jù)采集

當前在數(shù)控加工技術(shù)中所采用的非接觸式數(shù)據(jù)采集方式，主要是通過光學原理進行數(shù)據(jù)的收集，現(xiàn)階段所采用的非接觸式數(shù)據(jù)采集方式主要有激光三角探測法、激光測距探測法、結(jié)構(gòu)光探測法以及圖像分析法等。

在數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用過程中，設(shè)計人員采用非接觸式數(shù)據(jù)采集方法，可以大幅度的提高對機械模具數(shù)據(jù)采集過程中的準確度和數(shù)據(jù)采集速度，同時利用非接觸式數(shù)據(jù)采集方法還可以有效減少數(shù)據(jù)采集過程中所產(chǎn)生的接觸壓力和摩擦力，這樣就可以盡可能的避免測量中出現(xiàn)不必要的測量誤差。同時非接觸式數(shù)據(jù)采集方法與接觸式數(shù)據(jù)采集方法，最明顯的不同在于，通過非接觸式數(shù)據(jù)采集方法對機械模具進行測量的過程中，可以避免接觸式測頭與被測表面由于曲率干涉所產(chǎn)生的偽劣點，同時非接觸式數(shù)據(jù)采集方法在采集過程中所獲得的密集云信息量巨大，還可以將傳統(tǒng)接觸式機械探頭難以采集到的部位進行測量，這樣就可以在最大程度上反映被測機械模具的真實結(jié)構(gòu)模型。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)資料顯示，由于非接觸式數(shù)據(jù)采集方法所采用的是非接觸式的探頭，在對機械模具進行數(shù)據(jù)采集的過程中，并不需要接觸到機械模具的表面，因此，每一次數(shù)據(jù)采集的速度通常維持在50 次/s～20 000 次/s 之間，這主要取決于機械模具表明形狀的復(fù)雜程度[4]。

3.4 利用數(shù)控加工技術(shù)進行數(shù)據(jù)處理加工

在機械模具行業(yè)中通過數(shù)控加工技術(shù)進行數(shù)據(jù)處理的過程中，生產(chǎn)人員主要是通過CAD 模型進行數(shù)據(jù)模型的重新構(gòu)建。這主要是將模型的被測量點數(shù)據(jù)劃分為一般數(shù)據(jù)點和海量數(shù)據(jù)點，然后再將不同測量系統(tǒng)所得到的測量數(shù)據(jù)進行同一格式的轉(zhuǎn)換，再將這些數(shù)據(jù)全部輸入進CAD 軟件模型構(gòu)建系統(tǒng)中，這樣便可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)格式的多重轉(zhuǎn)化。

由于在數(shù)控加工技術(shù)中的每一個坐標測量都具有相對應(yīng)的測量范圍，在機械模具的測量中生產(chǎn)人員很難在同一坐標系下對機械模具的幾何數(shù)據(jù)進行一次性測出。這就需要生產(chǎn)人員在不同坐標系下對機械模具進行結(jié)構(gòu)測量，然后將多次所測量的數(shù)據(jù)結(jié)果統(tǒng)一進同一個坐標系中，而這一過程便需要經(jīng)歷多視數(shù)據(jù)的定位對齊，也就是數(shù)控加工技術(shù)中的多式點云拼合。在進行多次數(shù)據(jù)的對齊過程中，生產(chǎn)人員需要通過專用的測量軟件裝置對測量數(shù)據(jù)進行直接對齊或者是先進行模型的構(gòu)建，然后再進行事后數(shù)據(jù)的對齊處理。在對數(shù)據(jù)進行對齊的過程中，生產(chǎn)人員可以采用ICP 算法、四元數(shù)法、基于三個基準點的對齊方法等，通過這些方法可以更好地進行數(shù)據(jù)的直接對接和相應(yīng)的圖形對齊。數(shù)據(jù)分割也是數(shù)控加工技術(shù)中所常用的一種實用性技術(shù)，通過數(shù)據(jù)分割可以將相應(yīng)機械模具外形曲面的子曲面類型進行判別，然后將同一曲面的類型數(shù)據(jù)進行重組區(qū)分，再通過軟件對不同的數(shù)據(jù)劃分成不同的數(shù)據(jù)域，從而構(gòu)建出精準度較高的機械模具。目前，在數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用過程中所采用的分割方法主要有基于參數(shù)二次曲面逼近數(shù)據(jù)分割法和散亂數(shù)據(jù)點自動分割法[5]。

4 結(jié)束語

在機械模具生產(chǎn)制造中應(yīng)用數(shù)控加工技術(shù)，可以將傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)流程轉(zhuǎn)化為計算機技術(shù)和程序語言控制的生產(chǎn)模式，使得機械模具生產(chǎn)制造流程變得更加規(guī)范化、快捷化、程序化，進而滿足我國現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展需求，促進我國工業(yè)經(jīng)濟產(chǎn)值的大幅度增長。