數(shù)控加工技術(shù)在汽車機(jī)械模具加工制造中的應(yīng)用

摘 要：在新的時(shí)代背景下，信息科技飛速發(fā)展，已經(jīng)深入到社會(huì)的方方面面。在制造業(yè)中，數(shù)控加工技術(shù)是信息化的一個(gè)重要體現(xiàn)，在國家大力推動(dòng)工業(yè)化進(jìn)程的同時(shí)，對(duì)汽車機(jī)械模具制造業(yè)來說，要與信息化相結(jié)合，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)方式的革新，以提升產(chǎn)業(yè)的效率與品質(zhì)?；诖?，本文主要對(duì)數(shù)控加工技術(shù)在汽車機(jī)械模具加工制造中的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用進(jìn)行分析，緊接著分析提高汽車機(jī)械模具數(shù)控加工制造精度的有效措施，最后提出數(shù)控加工技術(shù)在汽車機(jī)械模具加工制造中的發(fā)展趨勢(shì)，以供參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工 機(jī)械模具 加工制造 技術(shù)應(yīng)用

0 引言

我國的模具制造業(yè)總體發(fā)展處于穩(wěn)定狀態(tài)，在裝備和工藝持續(xù)創(chuàng)新的大環(huán)境下，模具生產(chǎn)的效率和精度得到極大提高，然而，模具制造業(yè)的整體效益卻沒有得到最大限度的發(fā)揮，這就要求從業(yè)者不斷地推陳出新，加速科研的腳步。而汽車機(jī)械模具的制造依賴于高科技的運(yùn)用，特別是數(shù)控的高效率、高精度的加工裝備，只有把數(shù)控加工技術(shù)和機(jī)械模具加工制造緊密結(jié)合起來，才能把模具制造業(yè)推向一個(gè)新的高度。所以，在模具加工制造中廣泛而高效地使用數(shù)控加工技術(shù)，已經(jīng)成為模具制造業(yè)的發(fā)展方向。

1 數(shù)控加工技術(shù)在汽車機(jī)械模具加工制造中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.1 有利于減小勞動(dòng)強(qiáng)度和提高生產(chǎn)效率

通過使用數(shù)控加工技術(shù)，可以在整個(gè)生產(chǎn)過程中減少處理時(shí)間，讓加工處理工作變得更加合理，同時(shí)也極大地提升車間工作的智能化程度，這樣就可以節(jié)約人力生產(chǎn)成本。其次，在生產(chǎn)管理工作上變得更加容易，同時(shí)對(duì)車間的人員管理也進(jìn)行優(yōu)化，從而減少管理工作和生產(chǎn)成本。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的機(jī)器生產(chǎn)流水線以零點(diǎn)五自動(dòng)化生產(chǎn)線為主，許多崗位的加工工作都要靠工人去做。而新技術(shù)如數(shù)字控制技術(shù)、液壓技術(shù)和傳感器等，給現(xiàn)代工業(yè)帶來了很大的變革，而且生產(chǎn)制造的現(xiàn)代化、物流系統(tǒng)不僅可以減少加工工序的輔助時(shí)間，還可以減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，從而提高生產(chǎn)效率。

1.2 有利于減少汽車機(jī)械模具加工時(shí)間

從汽車機(jī)械模具數(shù)控加工制造技術(shù)的具體應(yīng)用流程來看，科技人員能夠統(tǒng)籌好數(shù)控加工技術(shù)的運(yùn)用，并將各個(gè)方面的有關(guān)生產(chǎn)信息都整合起來，從而系統(tǒng)地安排和協(xié)調(diào)汽車機(jī)械模具的數(shù)控加工制造技術(shù)的具體應(yīng)用。將技術(shù)應(yīng)用的整個(gè)過程以書面的方式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，融入人力資源和生產(chǎn)信息，在對(duì)汽車機(jī)械模具進(jìn)行加工之后，還要對(duì)數(shù)控加工制造的生產(chǎn)精度進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化?，F(xiàn)階段，國內(nèi)汽車機(jī)械模具的數(shù)控加工制造技術(shù)已經(jīng)處于一個(gè)比較高的層次，在技術(shù)上具有很高的創(chuàng)新性，生產(chǎn)過程的數(shù)控化效率也比較高，可以讓實(shí)際的生產(chǎn)進(jìn)程得到很大提高，同時(shí)也能對(duì)有關(guān)的技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行有效討論與研究。特別是對(duì)于一些零件的加工工作，需要有很高的技術(shù)水平，運(yùn)用汽車機(jī)械模具的數(shù)控加工制造技術(shù)，可以確保零件的細(xì)節(jié)加工，也就是采用智能的工作方式，提高模具的整體生產(chǎn)效率。

1.3 有助于提高產(chǎn)品品質(zhì)

傳統(tǒng)模具加工制造工藝中的工序具有重復(fù)性，特別是在大型模具的加工制造階段，手工操作難以提升品質(zhì)，甚至?xí)绊懙秸w的品質(zhì)，從而不利于機(jī)械模具的正常、高效率生產(chǎn)。在汽車機(jī)械模具加工制造的工作流程中，運(yùn)用數(shù)控加工技術(shù)，對(duì)各個(gè)工藝環(huán)節(jié)、整個(gè)加工過程進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)范的技術(shù)措施，在電子軟件的協(xié)同作用下，模具的制造精度得到提升，能使制造出來的模具就能滿足原始設(shè)計(jì)圖紙的技術(shù)要求。同時(shí)，利用數(shù)控加工技術(shù)，在制造過程中實(shí)現(xiàn)多個(gè)坐標(biāo)系之間的高關(guān)聯(lián)度，在滿足高復(fù)雜度、高標(biāo)準(zhǔn)化模型的前提下，提高模型制作的工作效率，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，并借助智能化技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，提升產(chǎn)品的質(zhì)量，推動(dòng)模具制造業(yè)的高效發(fā)展[1]。

2 數(shù)控加工技術(shù)在汽車機(jī)械模具加工制造中的應(yīng)用

2.1 CNC機(jī)床的自動(dòng)控制進(jìn)給速率最優(yōu)調(diào)節(jié)

在外包層模具的數(shù)控加工中，工件的加工余量和刀具的切割面積都會(huì)隨著時(shí)間的推移而發(fā)生一定的變化，同時(shí)，切削力的大小與進(jìn)給速度相互協(xié)同，在適當(dāng)?shù)谋壤P(guān)系下，不僅可以提高加工效率，還可以提高模面的加工質(zhì)量。然而，現(xiàn)有的CNC工藝參數(shù)設(shè)置方法多采用勻速進(jìn)給，不能依據(jù)切削力的變化實(shí)現(xiàn)進(jìn)給速度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，而且采用手動(dòng)方式進(jìn)行進(jìn)給，會(huì)導(dǎo)致刀具損傷概率增大，無法適應(yīng)外包層模具的自動(dòng)化生產(chǎn)和高精度的需要。

2.2 外包層模具數(shù)控化加工參數(shù)庫的構(gòu)建

外包層模具是車身外形的重要組成部分，其剛度、尺寸穩(wěn)定、外形美觀度都是必不可少的。外包模的外形要求光滑，棱線清晰，不能有任何皺折等缺陷，同時(shí)要保證其尺寸精度，所以對(duì)外包模的制造質(zhì)量要求非常高。在數(shù)控加工外包套模具時(shí)，要盡量避免在粗加工階段出現(xiàn)過切和下切現(xiàn)象。其中，超切削不能保證制品的質(zhì)量，而欠切削又會(huì)影響后續(xù)加工的穩(wěn)定性、刀具用量和加工效率。在建立CNC加工工藝參數(shù)庫時(shí)，需要先對(duì)加工中使用的機(jī)床及刀具參數(shù)進(jìn)行分析，并將這些參數(shù)組織成相應(yīng)的數(shù)據(jù)包。在粗加工時(shí)，為提高加工效率，可選用大進(jìn)給量刀具，通常采用盤形銑刀或牛鼻刀。而二次加工則采用整體硬質(zhì)合金刀刃型的球頭銑刀。最后，在確定刀具的材料特性、加工參數(shù)和規(guī)范之后，相關(guān)人員可以對(duì)刀具進(jìn)行選擇，具體的參數(shù)會(huì)被分配到數(shù)據(jù)庫中[2]。

2.3 數(shù)控優(yōu)化軟件的應(yīng)用

基于NC技術(shù)的多變量多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化方法，通過數(shù)值模擬方法，解決復(fù)雜環(huán)境下外覆件沖裁過程中的切削力與殘余高度控制問題。通過加工仿真、程序校驗(yàn)、程序優(yōu)化等方法，降低數(shù)控機(jī)床程序驗(yàn)證的繁瑣程度，提高機(jī)床加工效率。其次，通過對(duì)數(shù)控加工全流程的檢測(cè)，可以有效地防止錯(cuò)誤的產(chǎn)生。在采用優(yōu)化軟件對(duì)機(jī)床進(jìn)行數(shù)控加工時(shí)，該優(yōu)化軟件可以自動(dòng)判斷刀具軌跡和刀具余量，并通過添加刀具路徑實(shí)現(xiàn)對(duì)切削力和殘余高度的控制。在傳統(tǒng)的CNC加工中，進(jìn)給速度的調(diào)整一般采用人工操作，而采用最優(yōu)軟件后，可以將進(jìn)給速度調(diào)整到數(shù)控編程中，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行刀具路徑的優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)給速度的自動(dòng)設(shè)置。

2.4 自動(dòng)控制數(shù)控加工進(jìn)給的數(shù)控編程優(yōu)化

針對(duì)外覆件模的數(shù)控加工，采用新的進(jìn)給速度控制方法，利用數(shù)控程序?qū)η邢髁瓦M(jìn)給速度進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，既能提高生產(chǎn)率，又能提高加工精度，其中，數(shù)控機(jī)床的最優(yōu)速度、最優(yōu)進(jìn)給參數(shù)，是根據(jù)外包層模具的數(shù)控加工情況來決定。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建刀具路徑優(yōu)化數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)制定數(shù)控加工方案提供依據(jù)，將刀具種類、直徑、長度、余量等信息加入程序代碼中，并將相關(guān)信息設(shè)置在軟件中，確保刀具和余量信息能被自動(dòng)輸入優(yōu)化軟件，降低人為輸入帶來的錯(cuò)誤，同時(shí)也為數(shù)控編程提供必要的信息支持。

2.5 CBN數(shù)控球頭銑刀在模具中的應(yīng)用

數(shù)控加工技術(shù)在機(jī)械模具生產(chǎn)過程中的運(yùn)用，體現(xiàn)在對(duì)刀具類型、型號(hào)的選擇上，由于外包層模具所形成的部件主要采用合金鑄鐵，因此可以采用CBN數(shù)控球頭銑刀進(jìn)行拉伸和成型。CBN數(shù)控球頭銑刀硬度高、化學(xué)穩(wěn)定性高、導(dǎo)熱性能好、摩擦系數(shù)小，適用于拉深模具和成形模具。利用CBN數(shù)控球頭銑刀，可以提高對(duì)模具型面的精整效率，并且在進(jìn)給速度上都能滿足機(jī)床的要求。精整后的輪廓面光潔度好，而且無需更換刀具，不僅節(jié)約更換刀具的時(shí)間，而且減少更換刀具所帶來的誤差[3]。

3 提高汽車機(jī)械模具數(shù)控加工制造精度的有效措施

3.1 加強(qiáng)熱和力對(duì)精度和控制

成形精度是影響模具材料質(zhì)量的重要因素，這一性質(zhì)受力和溫度等因素的影響更為直接，若操作不當(dāng)，可能會(huì)引起變形、扭曲、斷裂等危險(xiǎn)事故。首先，刀具過熱所引起的溫度過高是導(dǎo)致其危險(xiǎn)性的一個(gè)重要因素，在此過程中，刀具與其他零件之間的摩擦是其主要熱源。在這種溫度作用下，工件的熱變形難以避免，同時(shí)，刀具的切割尺寸也將改變，這將嚴(yán)重制約機(jī)床的加工精度。其次，選用適當(dāng)?shù)那邢鞴ぞ?，調(diào)整切削深度，通過適當(dāng)冷卻方式對(duì)切削過程中產(chǎn)生的熱變形進(jìn)行控制，是提高切削精度的重要途徑之一。比如，在用刨機(jī)或錘頭對(duì)工件進(jìn)行加工時(shí)，因受創(chuàng)刀擠壓而使其他工件表面溫度上升是困難的。因此，需要對(duì)其進(jìn)行有效冷卻及退火處理。若鋼板中部受熱不均，則在中間部位將發(fā)生彎曲，并在頂面產(chǎn)生一個(gè)隆起，對(duì)板材的加工精度造成很大的影響。另外，切削力大的機(jī)床也有可能由于長時(shí)間的使用而處于不利地位，從而對(duì)精度造成不良的影響。合理使用冷卻潤滑油，并對(duì)未預(yù)冷的零件表面材料進(jìn)行預(yù)冷，可有效減少零件過熱對(duì)零件加工精度的不利影響。

3.2 采用幾何誤差精密控制技術(shù)

程序設(shè)計(jì)是機(jī)械加工工藝體系的重要特點(diǎn)，但機(jī)床主軸和刀具等非人為因素對(duì)加工效果有很大影響，這些因素對(duì)機(jī)床主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的影響最大，從而對(duì)加工精度產(chǎn)生影響。首先，主軸是機(jī)床的主要傳動(dòng)部件，各部件之間的相對(duì)位置對(duì)加工效果有不可忽視的影響，這體現(xiàn)在對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的外觀及表面平整度上。在一件工件上，由于主軸和基準(zhǔn)中心軸在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中出現(xiàn)偏差，從而造成許多誤差。與此同時(shí)，原主軸承也會(huì)產(chǎn)生固定的磨損，與其他原軸承的配合不夠，與主軸轉(zhuǎn)速不一致等原因，也可視為主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，軸心與標(biāo)準(zhǔn)中心軸偏移。其次，為了有效地減少或防止在運(yùn)行中產(chǎn)生這樣的錯(cuò)誤，需要根據(jù)特定的要求對(duì)主軸進(jìn)行裝配，并對(duì)其進(jìn)行恰當(dāng)?shù)臐櫥S護(hù)，以便將主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對(duì)操作者準(zhǔn)確性造成的擾動(dòng)降到最低。針對(duì)某一種方式進(jìn)行加工時(shí)，工具的精度會(huì)對(duì)整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，在采取一種特殊的方法進(jìn)行加工時(shí)，需要將該方法所用的工具的精度以及對(duì)整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的直接影響加以考慮。另外，切削刃與刀具表面及其他零件間的摩擦效應(yīng)也是導(dǎo)致此類零件最大損耗的根源，這一現(xiàn)象的產(chǎn)生，主要是由于切削加工時(shí)，工件的表面粗糙度增大，導(dǎo)致切削面的變形，進(jìn)而導(dǎo)致零件的振動(dòng)特性產(chǎn)生偏差，而且切削加工的精度直接關(guān)系到切削效率、質(zhì)量、成本以及精度。所以，為了盡量減少系統(tǒng)的誤差，可以采用刀模板或刀顯微鏡等設(shè)備，在不同的加工工藝中適時(shí)地采用新的耐磨材料加工工具。在此過程中，為了降低工具的損耗，提高工具的使用壽命，需要采用適當(dāng)?shù)睦鋮s潤滑劑。

3.3 強(qiáng)化汽車機(jī)械模具的反復(fù)檢驗(yàn)

在汽車機(jī)械模具加工制造中，微小的偏差會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生很大影響。首先，要注意對(duì)成品精度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，防止由于工人的不當(dāng)操作而造成的資源和能量的浪費(fèi)。其次，對(duì)模具進(jìn)行多次反復(fù)的檢查，根據(jù)檢查的結(jié)果及時(shí)對(duì)制作過程進(jìn)行調(diào)整，以保證刀具的質(zhì)量和角度的合理性。在多檢測(cè)多試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)汽車機(jī)械的模具進(jìn)行全面的了解，了解加工制造需要，并在大量的實(shí)驗(yàn)中減少加工誤差，從而提高模具制作的精度[4]。

4 數(shù)控加工技術(shù)在汽車機(jī)械模具加工制造中的發(fā)展趨勢(shì)

4.1 靈活性

當(dāng)前，數(shù)控加工技術(shù)已成為推動(dòng)我國機(jī)械制造向柔性化方向發(fā)展的一個(gè)主要方向，推動(dòng)數(shù)控加工工藝的柔性化發(fā)展，既能讓員工更加直觀地把握加工設(shè)備的工作狀況，還可以使員工不斷地優(yōu)化和改善現(xiàn)有的數(shù)控程序和系統(tǒng)，使之更適合于機(jī)械模具的加工需求，以此來持續(xù)提升機(jī)械模具的加工效率、精度與速度。

4.2 高效化

隨著數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展，如何有效地提高數(shù)控機(jī)床的加工效率，已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。要確保數(shù)控加工工藝的高效性，就需要持續(xù)地提高其切割速率，最大限度地確保其工作的穩(wěn)定，避免其在切割時(shí)產(chǎn)生顯著的變形。另外，為了改善數(shù)控機(jī)床的排屑性能，提高其加工精度與品質(zhì)非常重要。同時(shí)，在不經(jīng)過精加工過程的情況下，利用數(shù)控加工技術(shù)使工件的表面質(zhì)量能夠直接達(dá)到精整的需求，從而有效地減少機(jī)模的制造周期，提高模具的制造效率。

4.3 智能化

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，智能化技術(shù)也在不斷地發(fā)展，智能化思想和技術(shù)已經(jīng)滲透到了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。根據(jù)當(dāng)前數(shù)控工藝的發(fā)展趨勢(shì)，采用智能制造工藝是今后數(shù)控工藝發(fā)展的重點(diǎn)，通過提升數(shù)控加工技術(shù)的智能化水平，一方面能夠大幅度地提升機(jī)械模具加工工業(yè)人員的工作負(fù)荷，另一方面能夠?qū)?shù)控加工機(jī)床的工作效率與質(zhì)量進(jìn)行有效的提升，實(shí)現(xiàn)更佳的加工結(jié)果，為國家機(jī)械模具制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)[5]。

4.4 高精度

要想進(jìn)一步提升我國的數(shù)控工藝水平，就需要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的工藝控制，以確保其具備優(yōu)良的幾何精度與加工精度，最大限度地避免在數(shù)控機(jī)床加工中出現(xiàn)的各種不穩(wěn)定因素，提升其加工效率，確保其在高精度的同時(shí)，也能滿足對(duì)零件的更高要求。

5 結(jié)語

綜上所述，由于機(jī)械加工制造行業(yè)的快速發(fā)展，所生產(chǎn)的產(chǎn)品種類日益繁多，模具是完成產(chǎn)品加工的基本保證，為滿足生產(chǎn)要求，要有效地控制模具的生產(chǎn)效率和精度。數(shù)控加工技術(shù)是指在加工要求的基礎(chǔ)上，提前編制好生產(chǎn)工藝所需要的程序，將有關(guān)的程序調(diào)用起來，各個(gè)機(jī)械部件就能根據(jù)程序中設(shè)置的動(dòng)作軌跡來加工和生產(chǎn)，具有更大的靈活性，特別適合于小批量、高精度的產(chǎn)品。因此，將數(shù)控技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械模具的加工與制造，具有很強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可以為促進(jìn)我國機(jī)械制造業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展提供技術(shù)保障。

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