數(shù)控技術(shù)在機械模具制造中的應(yīng)用研究

鹿倫濤

（山東省輕工工程學(xué)校，山東青島 266112）

0.引言

從某種程度上講，機械模具制造期間科學(xué)應(yīng)用先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)可以促使行業(yè)良性發(fā)展，也可能會帶來誤差問題，產(chǎn)生不利影響。因此，機械模具制造在實際應(yīng)用數(shù)控技術(shù)的過程中，應(yīng)加強管理，控制好精確度，改善傳統(tǒng)形式的生產(chǎn)模式，最大限度打造先進(jìn)生產(chǎn)體系，充分發(fā)揮數(shù)控技術(shù)的優(yōu)勢，構(gòu)建科學(xué)化的機械制造機制。

1.數(shù)控技術(shù)概述

1.1 數(shù)控技術(shù)概念

數(shù)控技術(shù)主要是指借助數(shù)字化手段輔助設(shè)備運行與設(shè)備加工的自動化技術(shù)，從數(shù)控系統(tǒng)組成上進(jìn)行分析，主要包括數(shù)控裝置以及存儲裝置等組成。實際工作中，數(shù)控機床需要借助數(shù)據(jù)輸入進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)運算處理，并作出科學(xué)化的邏輯判斷，最后進(jìn)行控制驅(qū)動。實際上，數(shù)控機床屬于代表性機械與自動控制相結(jié)合的產(chǎn)品，可以將其稱之為CNC[1]?，F(xiàn)階段，制造自動化基礎(chǔ)在于數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，同時也是柔性制造核心所在，屬于現(xiàn)代集成系統(tǒng)的組成部分之一。借助數(shù)控技術(shù)，有助于增強制造業(yè)的自動化水平與集成化水平，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。此外，在數(shù)控技術(shù)保障下，產(chǎn)品制造周期會不斷縮短，從而更好地解決復(fù)雜零件制造期間遇到困難問題，有效提升產(chǎn)品質(zhì)量。我們可以將數(shù)控技術(shù)作為機械制造行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵性指標(biāo)，重視數(shù)控技術(shù)的合理應(yīng)用。

1.2 數(shù)控技術(shù)特點

從數(shù)控技術(shù)特點上進(jìn)行分析，首先該技術(shù)應(yīng)用比較適合小批量產(chǎn)品的制造生產(chǎn)，在程序規(guī)范的指引下制造出不同類型的零件。其次，工序具有高度集中的特點，可以一次完成全部工序，從而增強精度，也能夠防止裝夾誤差。最后，精度相對較高，能夠?qū)嵤?fù)雜表面產(chǎn)品的制造加工。

1.3 我國數(shù)控技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

數(shù)控技術(shù)是高科技產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展經(jīng)歷可以劃分為多個階段。目前，大多數(shù)技術(shù)都可以做到自動化生產(chǎn)，很多也已經(jīng)建立了數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地[2]，我國數(shù)控技術(shù)在實際發(fā)展中仍然存在諸多不足，特別是高精尖技術(shù)發(fā)展差距相對較大。隨著產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的日益加快，數(shù)控系統(tǒng)在品牌效應(yīng)上的發(fā)展不足，綜合競爭實力明顯較低，從而造成用戶信心不足，數(shù)控技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)也相對落實。在未來發(fā)展過程中，數(shù)控技術(shù)應(yīng)結(jié)合我國實際國情，不斷增強市場占有率，強化高精尖裝備投入，實現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研綜合發(fā)展，從根本上提升其研發(fā)水平。

2.數(shù)控技術(shù)應(yīng)用價值

2.1 提高生產(chǎn)效率

借助數(shù)控技術(shù)發(fā)展，人工操作會逐漸減少，大量機械設(shè)備都能夠?qū)崿F(xiàn)自動化控制，在一定程度上節(jié)省了大量人力成本，還能夠提升生產(chǎn)質(zhì)量，減少控制誤差，明顯提高制造精度。數(shù)控技術(shù)應(yīng)用有助于減少材料浪費，促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟效益的不斷提升。針對數(shù)控技術(shù)對社會經(jīng)濟的影響進(jìn)行分析，數(shù)控技術(shù)應(yīng)用可以大力解放生產(chǎn)力，強化整體管理，有效降低人力投資，增強企業(yè)綜合生產(chǎn)力[3]。

2.2 保證產(chǎn)品的可觀賞性和精密性

在機械模具制造迅速發(fā)展的背景下，客戶產(chǎn)品要求提高，新時期若要使機械模具更精致，則應(yīng)合理控制精度，最大限度減少誤差。為了滿足更高標(biāo)準(zhǔn)的制造要求，機械模具制造需要借助數(shù)控技術(shù)，發(fā)揮計算機軟件價值，全面優(yōu)化制造設(shè)計方案，在編程控制的基礎(chǔ)上增強產(chǎn)品生產(chǎn)的豐富性。就用戶需求而言，借助數(shù)控技術(shù)，能夠增強機械模具的精細(xì)化控制程序，使外觀更加多樣化，進(jìn)而增強產(chǎn)品競爭力。

2.3 有助于自動化產(chǎn)品發(fā)展

機械模具自動化制造期間，采用數(shù)控技術(shù)可以不斷擴大生產(chǎn)規(guī)模，并促使產(chǎn)品更新?lián)Q代。對于傳統(tǒng)形式的機械模具制造來說，制造模式比較單一，效率也比較低，進(jìn)而造成機械精密度不夠。在數(shù)控技術(shù)編程支持下，有助于增強機械加工自動管理水平，使操作流程更加便捷化，可以減少一定的制造工序，還能夠降低出錯率。

3.數(shù)控技術(shù)在機械模具制造中的具體應(yīng)用

3.1 數(shù)控機床加工應(yīng)用

目前，數(shù)控技術(shù)在各種數(shù)控設(shè)備設(shè)施中得到了相對廣泛的應(yīng)用。機械模具制造要求比較高，不管是尺寸精度，還是形狀位置都必須是精確的，借助數(shù)控技術(shù)進(jìn)行模具制造，可以有效滿足其精度需求。從某種程度上講，不同模具加工方法是存在差異的，比如曲面結(jié)構(gòu)模具與凹凸槽結(jié)構(gòu)模具一般采用數(shù)控銑床技術(shù)進(jìn)行加工，而沖裁模圓形模具則需要借助數(shù)控車床技術(shù)進(jìn)行加工[4]。綜合而言，現(xiàn)代數(shù)控機床有著非常高的精度與靈敏度，其驅(qū)動電機一般會借助伺服電機驅(qū)動，具備高速切削性能，如果再配合高速切削刀，則模具制造加工速度會更快，且更穩(wěn)定。隨著數(shù)控機床技術(shù)的快速發(fā)展，需要對模具加工中的刀具軌跡規(guī)劃等進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，實現(xiàn)效率最大化。

3.2 合金零件加工應(yīng)用

合金零件模具制造期間可以應(yīng)用數(shù)控技術(shù)。實際工作中，第一步是對零件圖樣進(jìn)行分析，然后結(jié)合模具制造材料特點，合理選擇數(shù)控切削措施，最大限度提升合金零件模具質(zhì)量水平。合金零件模具加工細(xì)節(jié)部分應(yīng)該堅持精細(xì)化原則，保證在最短時間內(nèi)增強加工工作的質(zhì)量水平[5]。在毛坯類型選擇的過程中，應(yīng)綜合考慮到刀具磨損程度，可以借助數(shù)控切削技術(shù)提前控制處理，把塊狀鋁合金材料作為毛坯，在規(guī)格明確之后合理選擇定位基準(zhǔn)，最后應(yīng)用UG軟件進(jìn)行加工制造，并創(chuàng)建三維實體模型，在規(guī)范數(shù)控流程指導(dǎo)下明確模具加工的參數(shù)設(shè)置方法，優(yōu)化加工全過程。在機械模具主要加工面制造期間，可以借助數(shù)控仿真技術(shù)。比如，汽車合金零件模具加工面一般包括3個組成部分，在數(shù)控技術(shù)輔助下，有助于仿真3個不同面的具體結(jié)構(gòu)，形成模具小凸臺。此外，利用數(shù)控技術(shù)實施合金零件模具制作還可以借助數(shù)控代碼進(jìn)行模塊化處理，有助于機床參數(shù)的科學(xué)設(shè)置，進(jìn)一步認(rèn)定NC參數(shù)，有效輸出程序參數(shù)，并對NC參數(shù)進(jìn)行虛擬操作，當(dāng)代碼順利生成之后有序傳輸?shù)姐姶蚕到y(tǒng)中，完成模具加工制造工作。

3.3 數(shù)控線切割加工應(yīng)用

數(shù)控線切割技術(shù)主要是借助線狀電極在火花放電的基礎(chǔ)上進(jìn)行切割，我們可以將其稱之為電火花切割。通常情況下，數(shù)控線切割被應(yīng)用到平面形狀模具制造中，包括沖模以及拉拔模等。在錐度切割功能快速發(fā)展的背景下，上下異性面形狀模具加工發(fā)展速度也日益加快，數(shù)控技術(shù)應(yīng)用范圍日益擴大。

3.4 數(shù)控車削加工應(yīng)用

數(shù)控車削技術(shù)作為機械模具制造期間的重要技術(shù)，實際應(yīng)用期間能夠打破傳統(tǒng)加工形式的相關(guān)限制，提升制造效果[6]。所以說，機械模具制造必須要充分發(fā)揮數(shù)控車削技術(shù)優(yōu)勢，尤其是發(fā)揮在軸類標(biāo)準(zhǔn)件加工中的應(yīng)用作用，主要包括桿類零件以及回轉(zhuǎn)體模具等。具體來說，回轉(zhuǎn)體模具是應(yīng)用最為廣泛的，有盆狀注塑與瓶裝注塑類型等，在數(shù)控車削技術(shù)應(yīng)用下，有助于結(jié)合零件特點有效選擇加工模具，便于數(shù)控切削處理，提升制造質(zhì)量水平。

3.5 數(shù)控銑加工的應(yīng)用

數(shù)控銑技術(shù)應(yīng)用期間，必須要重視模具的合理選擇，并對加工對象進(jìn)行科學(xué)化的分類處理，提高其工作效率。比如，部分機械模具外形比較復(fù)雜，表面不平滑，這時借助數(shù)控銑技術(shù)，能夠深入處理，增強技術(shù)應(yīng)用水平。此外，數(shù)控技術(shù)操作相關(guān)負(fù)責(zé)人必須要增強自身的技術(shù)能力，在保證熟練操作技術(shù)的前提下完成代碼編寫，有效應(yīng)用數(shù)控技術(shù)，做到機械設(shè)備以及工作人員的有效配合，增強機械模具制造效果。

4.數(shù)控技術(shù)在機械模具制造中的應(yīng)用改進(jìn)策略

4.1 降低加工誤差率

機械模具制造期間推進(jìn)數(shù)控技術(shù)的廣泛應(yīng)用，必須要重視誤差控制，避免加工誤差等問題的發(fā)生。具體來說，誤差控制方法如下：第一，當(dāng)機械模具制造工作處于質(zhì)量階段的時候就做好精度控制工作，實現(xiàn)事前預(yù)測預(yù)防，從根源上明確誤差問題，有效降低誤差率。第二，數(shù)控技術(shù)實際應(yīng)用期間，應(yīng)該安排專業(yè)人員強化應(yīng)用過程管理，時刻關(guān)注誤差問題，若一旦發(fā)現(xiàn)問題，則必須要及時作出調(diào)整，減少問題的擴散，防止模具制造出現(xiàn)嚴(yán)重偏差，增強模具制造整體質(zhì)量[7]。第三，數(shù)控技術(shù)實際應(yīng)用期間，還應(yīng)該做好歸納總結(jié)工作，對誤差出現(xiàn)的規(guī)律進(jìn)行深入分析，總結(jié)出相關(guān)的原因，采取合理化的控制手段對模具質(zhì)量進(jìn)行全面監(jiān)測，為今后的管控工作奠定良好基礎(chǔ)。

4.2 有效控制相關(guān)影響因素

機械模具制造過程中會出現(xiàn)大量影響因素。從設(shè)計階段開始就會出現(xiàn)很多影響因素，包括生產(chǎn)時間、數(shù)量與規(guī)格等。因此，機械模具設(shè)計期間，相關(guān)工作人員必須要重點分析機械模具數(shù)控制造相關(guān)影響因素，明確安全隱患，盡量在設(shè)計環(huán)節(jié)就快速消除，為接下來的數(shù)控技術(shù)應(yīng)用提供依據(jù)，保證工作人員合理應(yīng)用數(shù)控技術(shù)，從根本上提升應(yīng)用效果。此外，數(shù)控技術(shù)在機械模具制造應(yīng)用期間，應(yīng)該借助閉環(huán)補償技術(shù)增強穩(wěn)定性，嚴(yán)格控制好應(yīng)用中的幾何精度以及制造精度等，在精細(xì)計算的基礎(chǔ)上完成模具設(shè)計工作，構(gòu)建科學(xué)化的數(shù)控制造模式。機械模具制造程序必須規(guī)范化，以確保精細(xì)生產(chǎn)目的可以最終實現(xiàn)，實現(xiàn)多臺數(shù)控機床的完美協(xié)作，使每個技術(shù)人員都可以按照精細(xì)化標(biāo)準(zhǔn)操作，并在工作中對加工流程進(jìn)行不斷創(chuàng)新改革，減少產(chǎn)品制造周期，在精細(xì)化以及半精細(xì)化優(yōu)化整合的基礎(chǔ)上，結(jié)合機械模具形狀與實際特點選擇加工形式，并不斷創(chuàng)新加工手段，增強機械模具的質(zhì)量水平[8]?？傊?，不管是在機械模具制造哪一個數(shù)控制造環(huán)節(jié)，每個工作人員都應(yīng)該結(jié)合具體標(biāo)準(zhǔn)操作，從而實現(xiàn)數(shù)控技術(shù)的良好應(yīng)用。

4.3 合理應(yīng)用超聲波及高壓水切割技術(shù)

機械模具制造工作期間應(yīng)用數(shù)控技術(shù)操作能夠提升制造水平，但是應(yīng)用效果還不夠理想，需要采取有效的應(yīng)用改進(jìn)措施，不斷引入先進(jìn)技術(shù)，改進(jìn)應(yīng)用形式，加快技術(shù)更新，提升最終應(yīng)用效果?，F(xiàn)階段，超聲波技術(shù)以及高壓水切割技術(shù)是數(shù)控技術(shù)應(yīng)用改進(jìn)中比較常見的技術(shù)。對于超聲波技術(shù)應(yīng)用來說，借助超聲波技術(shù)的超聲頻振動力可以促進(jìn)來對模具的表面沖擊，進(jìn)而形成所需要的形狀，提升模具制造效率。同時，超聲波技術(shù)還能夠?qū)?dǎo)電材料或者是半導(dǎo)體材料進(jìn)行有效加工處理，尤其是硬脆材料加工，具有非常好的效果。對于高壓水切割技術(shù)來說，水是最主要的載體，在其壓力的作用下，可以與動能結(jié)合到一起共同推動機械模具制造。該技術(shù)實際應(yīng)用過程中，往往會采用射流方式對材料進(jìn)行有效切割，并合理加壓，然后連續(xù)輸出水流，實現(xiàn)超音速水射流，使模具制造水平提升，外觀更加精致。

5.結(jié)語

機械模具制造期間數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用是現(xiàn)代社會經(jīng)濟發(fā)展的結(jié)果，同時也是制造行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，借助數(shù)控技術(shù)，有助于計算機技術(shù)與微電子技術(shù)等手段的融合應(yīng)用，共同發(fā)揮優(yōu)勢，從根本上提升技術(shù)管理創(chuàng)新水平，打破傳統(tǒng)形式的機械模具制造模式，使制造技術(shù)全面升級，充分滿足社會發(fā)展的個性化需求。具體來說，機械模具制造工作中，數(shù)控技術(shù)應(yīng)用主要反映在合金零件數(shù)控加工、數(shù)控線切割、數(shù)控車削、數(shù)控銑等技術(shù)應(yīng)用上，要求相關(guān)工作人員不斷學(xué)習(xí)，熟練掌握技術(shù)操作流程，為數(shù)控技術(shù)有效應(yīng)用奠定良好基礎(chǔ)，增強數(shù)控技術(shù)應(yīng)用效果，推進(jìn)機械模具制造行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。