機械模具數(shù)控加工制造技術(shù)分析

王暉

摘要：當(dāng)前，機械模具的加工型面和結(jié)構(gòu)越趨復(fù)雜，同時，在加工過程中對材料精度的要求逐漸提高，因此對加工企業(yè)的機械模具加工技術(shù)就提出了較高要求。而隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，也在一定程度上促進了機械制造企業(yè)模具數(shù)控加工制造技術(shù)的創(chuàng)新。本文通過分析機械模具數(shù)控加工制造技術(shù)，以及模具制造中數(shù)控加工技術(shù)的具體應(yīng)用，進一步提出提高機械模具加工精度的關(guān)鍵措施。除此之外，在現(xiàn)代制造業(yè)中，UG軟件發(fā)揮著重要作用，在數(shù)控環(huán)境中，利用UG軟件能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)控加工及模具設(shè)計。

關(guān)鍵詞：機械模具數(shù)控加工制造技術(shù)

機械模具加工是各種制造企業(yè)工業(yè)設(shè)備加工和制造的基礎(chǔ)。當(dāng)前，機械模具加工型面以及結(jié)構(gòu)越趨復(fù)雜，對加工周期和精度的要求逐漸提高，因此也對機械企業(yè)的模具加工制造技術(shù)提出較高要求，若仍采用傳統(tǒng)單軸數(shù)控加工技術(shù)，則無法滿足現(xiàn)代化的加工需求。除此之外，UG軟件作為一種計算機輔助機械加工制造系統(tǒng)具有廣泛應(yīng)用，在機械制造、模具制作或航空科技中，均能夠發(fā)揮重要價值，對于大型、復(fù)雜的加工制造來說，采用UG技術(shù)能夠顯著提升加工精度，幫助制造企業(yè)縮短加工時間。

1 機械模具的數(shù)控加工制造技術(shù)分析

當(dāng)前，對于制造企業(yè)，在開展機械模具加工過程中主要涉及車削、銑洗、磨削、數(shù)控加工、火花加工以及火花線切割等不同環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)都有明確的任務(wù)和加工作用，且無法代替。根據(jù)機械模具的生產(chǎn)方式以及其結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，不同模具差異明顯[1]。因此，要求機械模具制造技術(shù)呈現(xiàn)多元化，注重機械制造技術(shù)的創(chuàng)新性，由于模具產(chǎn)品及其結(jié)構(gòu)越趨復(fù)雜，對產(chǎn)品加工精度要求逐漸提高，因此相應(yīng)的數(shù)控加工編程復(fù)雜程度也不斷提高。根據(jù)機械模具加工的數(shù)量和時間來看，其加工時間以及模具生產(chǎn)規(guī)模具有隨機性，機械模具加工時間是由機械制造企業(yè)的加工能力來決定的。

2 機械模具數(shù)控加工

在機械模具加工過程中應(yīng)結(jié)合模具類型，按照產(chǎn)品裝配圖設(shè)計要求開展，除自動加工及數(shù)字編程外，數(shù)控加工流程與傳統(tǒng)機械加工流程基本一致[2]。第一，機械模具零件圖。在開展機械模具數(shù)控加工前，要求工作人員認(rèn)真分析模具圖紙，以確定所標(biāo)注零件參數(shù)的完整性和設(shè)計合理性，比如注明特殊工序，結(jié)合實際設(shè)計要求實現(xiàn)流轉(zhuǎn)工序處理[3]。第二，選擇合適的毛坯構(gòu)件。根據(jù)機械模具、設(shè)計材料選擇合適的毛坯構(gòu)件。應(yīng)以工藝控制以及生產(chǎn)成本為原則進行毛坯構(gòu)件選擇，以提高構(gòu)件加工經(jīng)濟性及加工效率，需要注意在模具評選時不能出現(xiàn)不符合技術(shù)規(guī)范的情況。第三，確定加工技術(shù)路線。加工技術(shù)路線是指工作人員能夠?qū)C械模具加工方法、工藝參數(shù)、刀具、裝夾等方案進行合理設(shè)計，以保障加工技術(shù)路線的合理性，由專業(yè)工藝人員對機械模具加工任務(wù)進行數(shù)字化編程。第四，加工工藝。工作人員對機械模具不同加工環(huán)節(jié)進行合理設(shè)計，包括粗加工成形、外圓倒角、加工鍵槽、斜面等，之后依次進行端面表面粗糙度測量，去除余量，加工螺紋，最終使機械模具達到相應(yīng)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。第五，移交模具工藝備檔[4]。完成機械模具數(shù)控加工作業(yè)后，一旦確定工件合格，需進行檔案移交，在將工件交至甲方前要求工作人員認(rèn)真清洗各原部件并開具產(chǎn)品合格證明，根據(jù)實際生產(chǎn)要求通過工藝工序草圖以及工藝規(guī)程等文本，匯總設(shè)計思路和全工藝路線，將文本與工件成品共同移交至甲方進行文件備檔。

3 多軸數(shù)控編程技術(shù)在機械模具制造中的應(yīng)用

在開展機械模具制造時需完善現(xiàn)有加工技術(shù)，尤其對于數(shù)控加工技術(shù)來說，其可提升機械制造企業(yè)模具生產(chǎn)效率，幫助企業(yè)降低生產(chǎn)成本。在機械模具制造中廣泛運用數(shù)控科學(xué)加工技術(shù)可實現(xiàn)零部件加工以及模具鑄件加工，對于線下技術(shù)來說可用于凹、凸面等外部結(jié)構(gòu)模具加工，尤其是復(fù)雜外形結(jié)構(gòu)的模具加工。在本研究中以多軸數(shù)控編程技術(shù)作為研究對象，分析其技術(shù)在機械模具加工制造中的應(yīng)用。

在數(shù)控加工技術(shù)中多軸數(shù)控編程加工技術(shù)操作難度較高，同時，該技術(shù)具有較廣的適用范圍。其結(jié)合多項技術(shù)，包括精密加工技術(shù)、高性能伺服驅(qū)動技術(shù)以及計算機控制技術(shù)，可用于曲面機械模具的加工[5]。此外，該加工技術(shù)具有較高的自動化水平，以及精確度高、效率高等特點。目前，在三軸數(shù)控技術(shù)應(yīng)用中多借助多軸數(shù)控編程加工設(shè)備，該設(shè)備其能夠隨意調(diào)整參數(shù)并控制模具刀具位置、刀具軸線等，以實現(xiàn)對模具多角度加工，且不會影響加工表面和軸線夾角、切削速度等。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，當(dāng)前對于一些機械制造企業(yè)運用五軸聯(lián)動數(shù)控加工設(shè)備以實現(xiàn)機械模具加工。對于多種數(shù)控編程加工，其涉及多軸數(shù)控編程、多軸數(shù)控機床結(jié)構(gòu)技術(shù)以及刀具技術(shù)。具體來看，在開展多軸數(shù)控加工過程中，關(guān)鍵是實現(xiàn)刀具軸矢量控制，目前數(shù)控自動編程系統(tǒng)可完成三軸數(shù)控編程，一般采用ATP語言編程以及圖像自動編程這兩種方式。如圖1所示為多軸數(shù)控編程的具體流程圖。

從結(jié)構(gòu)技術(shù)來看，根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在采用五軸聯(lián)動數(shù)控機床進行加工時采用右手坐標(biāo)系，主軸坐標(biāo)為Z，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)X軸、Y軸、Z軸可分別定義為A、B、C軸。在正常情況下，可將機床作為絕對坐標(biāo)，其原點為機床絕對原點，位于機床中心位置，主要對機床以及控制系統(tǒng)實現(xiàn)同步操作，便于測量機床初始運動位置。工件坐標(biāo)系是由編程人員自定義工件數(shù)控編程坐標(biāo)系。為提升機械模具加工效率，使其滿足相應(yīng)質(zhì)量要求，在運用刀具開展多軸數(shù)控加工時工作人員一般使用環(huán)形銑刀、球頭銑刀等。針對曲面率低于球頭刀的情況，可將銑刀曲面接觸面作為有效面積，采用球頭銑刀完成機械模具加工[6]，如圖2所示為球頭銑刀以及模具曲面兩者之間的關(guān)系。

4 提升數(shù)控加工精度的方法

第一，幾何誤差控制。在機械模具加工過程中刀具、機床、主軸等均會影響最終產(chǎn)品加工精度。從主軸旋轉(zhuǎn)情況來看，主軸在整個機床中發(fā)揮重要傳動作用，主軸旋轉(zhuǎn)可決定工件對應(yīng)位置，進一步影響加工工件表面平整度。在具體加工時，主軸回轉(zhuǎn)軸線與標(biāo)準(zhǔn)中心軸線偏離會使最終加工件形成誤差，主要由于軸承匹配度不高，主軸出現(xiàn)磨損，主軸同軸度較低等導(dǎo)致。為減少主軸回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的誤差，首先要求在安裝時進行主軸裝配，做好主軸維護保養(yǎng)，減少主軸回轉(zhuǎn)對加工件精度產(chǎn)生的影響。其次，刀具精度能夠從一定程度上影響工件加工精度，尤其是刀具采用特殊方式加工，在進行工件切削加工時刀面，工件以及切削刃彼此間會形成一定摩擦，進而導(dǎo)致刀具產(chǎn)生磨損，當(dāng)?shù)毒吣p達到一定程度之后，會提升加工面粗糙度，使切削形狀發(fā)生顯著變化，進而機床發(fā)生振動并產(chǎn)生加工件加工誤差。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，刀具磨損會從一定程度上影響工件的加工質(zhì)量、成本以及切削效率。為降低工件切削加工精確度低的問題，要求除使用顯微鏡進行刀具安裝，采用刀樣板外，還可以引入耐磨材料刀具，加入適量冷卻潤滑液，盡可能減少刀具產(chǎn)生的磨損，延長使用壽命。622F521B-F5D9-411B-9446-06BFD1B6AB4D

第二，受熱及受力對加工精度的控制。在工件加工過程中，其模具材料、質(zhì)量也會從一定程度上影響加工精度。材料加工會受到作用力以及溫度因素影響，進而使加工件出現(xiàn)扭曲、斷裂以及變形。在具體加工時，刀具彼此間摩擦?xí)纬蔁崃?，使刀溫提高，刀具出現(xiàn)熱變形，增加刀具切削尺寸，進而降低加工件的精度。對此，在工件加工時應(yīng)合理選擇刀具，做好切削深度參數(shù)調(diào)整，可采用冷卻法防止刀具出現(xiàn)熱變形，以提升機械模具的加工精度。除此之外，為防止受熱不均導(dǎo)致加工件加工精度降低，在刨床加工長方體垂頭外表面時，由于受刨刀擠壓導(dǎo)致工件外表面溫度快速提升，要求對工件表面進行快速降溫，但需注意的是采用該方法會導(dǎo)致加工件表面受熱不均，使工件中、后部彎曲以及上表面突出等現(xiàn)象發(fā)生。在工件加工過程中切削量大會影響加工件的整體精確度，為避免由于工件受熱不均導(dǎo)致加工精度影響，通常可采取以下措施：首先，在加工過程中加入適量冷卻潤滑劑，以防止工件溫度快速提高。其次，針對加工件非加工面應(yīng)好預(yù)冷措施，進而減少加工面、非加工面兩者溫度差。為提高機械模具加工精度，要求嚴(yán)格按照工藝流程和產(chǎn)品性能，選擇合適加工材料。

第三，加工操作精度控制。在機械模具加工過程中需要做好工件調(diào)整及裝夾，在完成加工時可采取手工方式進行模具加工，如果多次調(diào)整和裝夾工具仍無法保證刀具和工件實現(xiàn)理想配合，這種情況下會使加工精度存在偏差，盡管偏差較小，但在模具加工時會擴大誤差。因此，作為操作人員應(yīng)嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)范進行工件參數(shù)調(diào)整及裝夾，盡可能減少裝夾頻率，對于機械批量加工過程中可利用固定裝夾或其他輔助工具，完成工具參數(shù)調(diào)整及裝夾，盡可能減少由于多次調(diào)整裝夾導(dǎo)致的誤差。除此之外，在工件加工過程中測量作為重要環(huán)節(jié)，能夠確保工件尺寸的合理性及測量的準(zhǔn)確性，但如果未采取合適測量工具或選擇方式不正確，均會導(dǎo)致工件誤差擴大，因此需嚴(yán)格按照規(guī)范準(zhǔn)確進行工件加工測量。

5 UG軟件及數(shù)控環(huán)境分析

UG軟件是集合CAD/ CAM以及CAE等技術(shù)為一體的計算機輔助機械制造系統(tǒng)，在具體應(yīng)用中UG軟件具有廣泛的應(yīng)用范圍。在實際生產(chǎn)加工中利用UG系統(tǒng)能夠幫助企業(yè)節(jié)約成本，提升整體生產(chǎn)效益以及加工質(zhì)量。UG系統(tǒng)是一種半自動半?yún)?shù)化建模系統(tǒng)，具有較強的集合能力，能夠?qū)to/e標(biāo)準(zhǔn)化特性進行整合利用，經(jīng)多進程計算機配合有效處理刀具軌跡以及交互式數(shù)控編程。相對傳統(tǒng)流程編碼來說，其能夠顯著提升處理效率。在具體應(yīng)用UG系統(tǒng)時，可壓縮傳統(tǒng)仿真建模時間，使原本要幾周時間完成的建模工作壓縮至十幾分鐘?，F(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，UG系統(tǒng)具有較高的建模效率。在實際機械模具加工中，UG系統(tǒng)能夠?qū)⑻摂M與現(xiàn)實進行融合，工作人員可通過UG系統(tǒng)實現(xiàn)基于理論基礎(chǔ)的虛擬加工，處于虛擬環(huán)境下，選擇相應(yīng)的刀具、機床型號，加工制作流程，按照1∶1模式，結(jié)合不同加工環(huán)境、數(shù)據(jù)完成加工。由于該方法制作過程為可視化操作，因此，工作人員能夠及時對加工參數(shù)進行優(yōu)化、調(diào)整。在數(shù)控機械加工中UG系統(tǒng)能夠融合現(xiàn)實與虛擬技術(shù)，能夠避免在實際生產(chǎn)中不適用性。比如在模具設(shè)計中如果采取傳統(tǒng)方式實現(xiàn)模具加工，則無法滿足市場較大需求量，在具體工作中利用UG系統(tǒng)能夠顯著縮減人力、經(jīng)濟、物力資源，同時顯著提升工作效率。通過UG系統(tǒng)能夠針對設(shè)計工作實現(xiàn)1∶1模擬，在模擬中通過系統(tǒng)構(gòu)建零件庫，使其與國家標(biāo)準(zhǔn)零件庫互通，在保障數(shù)據(jù)互通的前提下可大大減少工作人員重復(fù)性工作，提升生產(chǎn)效率。總之，利用UG 系統(tǒng)實現(xiàn)機械模具加工是科學(xué)合理的，能夠基于虛擬環(huán)境下將模擬生產(chǎn)用于實際生產(chǎn)。

6結(jié)語

總之，相比傳統(tǒng)機械模具加工來說，采用數(shù)控加工技術(shù)具有顯著優(yōu)勢，可借助數(shù)控編程技術(shù)提升機械模具加工精度以及加工效率。在開展數(shù)控加工時，影響機械模具加工進度的因素包括加工、裝夾調(diào)整、加工設(shè)備、刀具材料及冷卻方法等。為進一步提升工件加工精確度，本研究提出可運用UG系統(tǒng)實現(xiàn)機械模具數(shù)控加工及設(shè)計，通過融合虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可幫助企業(yè)縮短機械模具縮短加工時間，提升加工精度。

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