機械模具制造中的數(shù)控加工技術(shù)探究

摘 要：在機械模具制造領(lǐng)域中，數(shù)控加工技術(shù)作為一種先進制造手段，以其高精度、高效率和自動化的特點，已經(jīng)成為現(xiàn)代模具制造的核心技術(shù)之一。合理應(yīng)用這項技術(shù)不僅能夠提升機械模具制作效率，還可以切實推動智能化制造的發(fā)展?；诖?，本文首先闡述了數(shù)控加工技術(shù)的基本原理，并分析了機械模具制造中數(shù)控加工的要求，最后闡述了數(shù)控加工技術(shù)的實際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：機械模具制造 數(shù)控加工技術(shù) 金屬材料

數(shù)控加工技術(shù)自20世紀(jì)50年代問世以來，已經(jīng)經(jīng)歷了從簡單的數(shù)控車床到多軸聯(lián)動數(shù)控機床的發(fā)展歷程。傳統(tǒng)的模具制造方法在精度和效率上存在一定的局限性，而數(shù)控技術(shù)的引入，使得復(fù)雜曲面、高精度零件的加工成為現(xiàn)實。特別是在模具制造中，數(shù)控加工技術(shù)通過自動化操作減少了人為誤差，顯著提高了整體加工質(zhì)量和一致性。因此深入研究機械模具制造中的數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 數(shù)控加工技術(shù)的基本原理

數(shù)控加工技術(shù)（Computer Numerical Control，簡稱CNC）是一種借助計算機控制程序?qū)C床的運動和機械加工過程進行精密控制的技術(shù)，CNC的核心就在于自動化和高精度特性。一般情況下數(shù)控加工系統(tǒng)主要包含以下幾個部分。（1）數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)由計算機、控制軟件以及相應(yīng)的硬件接口組成，通過計算機向各個端口下發(fā)指令，因此數(shù)控系統(tǒng)也可以看作是機床的大腦。計算機在運行過程中會對輸入的加工指令進行接受和處理，并將操作指令轉(zhuǎn)化為可以指揮機床運動的操作指令。硬件接口則是傳輸指令的主要通道。（2）加工軟件。這部分是數(shù)控加工技術(shù)的語言，通常采用CNC代碼指令。（3）伺服系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)中的伺服系統(tǒng)包含伺服電機和伺服驅(qū)動器。伺服電機負責(zé)驅(qū)動機床各個運動部件，如主軸、刀具和工作臺等。伺服驅(qū)動器則根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的控制指令，調(diào)節(jié)伺服電機的速度和位置，確保機床各個部件按預(yù)定軌跡運動[1]。

在應(yīng)用數(shù)控加工技術(shù)時其主要內(nèi)容為數(shù)控程序的設(shè)計，這可以分為人工程序以及計算機程序設(shè)計，數(shù)控程序需要工作人員嚴(yán)格按照加工設(shè)計圖紙進行設(shè)計，在程序試運行過程中工作人員還需要對程序進行不斷優(yōu)化，以規(guī)避正式加工中可能出現(xiàn)的問題。

2 機械模具制造中數(shù)控加工要求

2.1 確定加工技術(shù)

機械模具的制造需要對加工技術(shù)進行合理選擇，以確保數(shù)控加工能夠滿足機械模具的制作精度。同時，不同的金屬材料切削的工藝也有所不同，因此需要結(jié)合材料的基礎(chǔ)屬性選擇合適的刀具和切削工藝，比如當(dāng)材料的強度大、硬度高，則需要采用硬質(zhì)合金刀具和高速切削工藝。此外，在工業(yè)發(fā)展過程中，機械模具的復(fù)雜程度也在不斷提升，模具加工過程中遇到復(fù)雜輪廓和曲面的情況越來越多，在這種情況下如果依然采用傳統(tǒng)的切削工藝就無法滿足生產(chǎn)精度，因此需要采用更加先進的數(shù)控技術(shù)，比如五軸加工工藝來滿足機械模具復(fù)雜情況下的加工需要，并且根據(jù)模具的形狀選擇電火花、車削、銑削等加工方法。

2.2 模具加工參數(shù)設(shè)置

機械模具由于使用環(huán)境和工作條件的不同，在加工過程中模具的參數(shù)設(shè)置也有所不同，合理設(shè)置參數(shù)不僅能夠提高加工精度，還可以避免材料的浪費。因此在加工過程中相關(guān)人員可以采用CAD/CAM等技術(shù)，對機械模具的三維模型進行確認，為后續(xù)的加工程序編寫提供準(zhǔn)確的加工依據(jù)。并且在模具參數(shù)設(shè)置中工作人員還需要對材料的熱穩(wěn)定性和耐磨性進行考慮，盡可能結(jié)合材料屬性選擇合適的加工方法，以提升模具的使用壽命[2]。

2.3 機械模具的制作原則

在機械模具制作時通常以單件制作為主，并且每個模具都有著特殊要求，這就需要在數(shù)控加工過程中對數(shù)控機床程序進行嚴(yán)格確定，避免出現(xiàn)反復(fù)開模的情況。并且在加工過程中為了降低加工誤差、提高生產(chǎn)效率，工作人員要對加工程序和具體步驟進行明確，通過對切削深度、進給速度以及切削速度進行合理控制，能夠有效規(guī)避加工過程中可能出現(xiàn)的刀具磨損過快、切削過深等問題。同時，在實際加工過程中工作人員還要對夾持方式進行選擇，這需要根據(jù)機械模具的材料性質(zhì)和形狀進行確定，避免加工過程中工件穩(wěn)定性受到影響。

3 不同數(shù)控技術(shù)在機械模具加工中的應(yīng)用

3.1 數(shù)控電火花技術(shù)

在數(shù)控加工技術(shù)中數(shù)控電火花技術(shù)是通過控制電火花放電實現(xiàn)對金屬材料加工的技術(shù)，其主要應(yīng)用在一些較為復(fù)雜的模具加工中，比如精密零件以及機械模具的制作。在實際加工過程中該技術(shù)可以實現(xiàn)對硬質(zhì)材質(zhì)的精密加工，工作人員通過對電火花的放電電流、放電電壓、脈沖寬度和間隔、電極等進行控制，能夠?qū)Σ牧线M行蝕除，最終達到加工要求。以汽車發(fā)動機模具制作為例，工作人員借助數(shù)控電火花技術(shù)能夠?qū)δ＞叩男颓缓彤愋慰走M行加工，利用這種技術(shù)能夠幫助工作人員加工出滿足復(fù)雜模具結(jié)構(gòu)的模具，并且能夠方便后期對機械零件進行加工、裝配等操作。同時，目前汽車配件制作過程中經(jīng)常出現(xiàn)需要凹凸面、孔洞等條件的零件，傳統(tǒng)的加工技術(shù)在這方面的制作存在局限，而應(yīng)用數(shù)控電火花技術(shù)則能夠使機械模具更加精密[3]。

3.2 數(shù)控銑削加工技術(shù)的應(yīng)用

銑削加工通過數(shù)控加工技術(shù)進行切削加工，這種加工方式是由傳統(tǒng)的加工方式實現(xiàn)的，能夠應(yīng)用在各個金屬材料的加工中，能夠?qū)C械模具加工成各種復(fù)雜的形狀。具有靈活、高效、高精度等優(yōu)勢，在機械模具制作中廣泛應(yīng)用。比如在汽車制造領(lǐng)域中，工作人員借助數(shù)控銑削加工技術(shù)能夠?qū)Φ毒叩穆窂竭M行控制，嚴(yán)格按照汽車模具加工需要對模具零件的平面、型腔等進行切削，進而提高加工精度。

3.3 車削加工技術(shù)

數(shù)控加工技術(shù)中的車削加工技術(shù)是一種利用數(shù)控機床進行切削加工的技術(shù)，這種技術(shù)最大的優(yōu)勢就是可以同時實現(xiàn)對機械零件的外圓（錐度）、內(nèi)孔（錐度）、內(nèi)外螺紋的加工，具有高效、穩(wěn)定、高精度等優(yōu)勢，在機械模具制造中應(yīng)用十分廣泛，包含汽車制造、航空航天等技術(shù)。以航空發(fā)動機制作為例，工作人員通過對切削參數(shù)進行確定，能夠?qū)Πl(fā)動機部件進行內(nèi)外圓加工，并且可以在加工過程中同時進行螺紋加工，提升整體加工效率。同時，在航空加工領(lǐng)域中，傳動系統(tǒng)中的軸承、齒輪、軸承座等零部件對于加工精度要求較高，而通過車削加工技術(shù)則能夠?qū)崿F(xiàn)對機械零件的高精度加工，確保機械模具具有較高的精密度和配合性能。

3.4 電解技術(shù)

數(shù)控加工過程中電解技術(shù)是利用電化學(xué)原理進行加工的技術(shù)，在實際應(yīng)用過程中可以通過電解技術(shù)將金屬材料表面的雜質(zhì)、氧化層以及油污進行清理，進而提升技術(shù)的整體精度。同時，在金屬材料加工過程中為了提升金屬材料表面效果，需要進行電刷、電蝕以及電鍍加工，這也可以通過電解技術(shù)進行呈現(xiàn)，工作人員通過在電解液中添加相應(yīng)物質(zhì)，在通電之后可以使材料與電解液發(fā)生陰極和陽極的反應(yīng)，進而對表面的污染物進行去除，提升加工精度。同時，在電鍍工藝中，數(shù)控加工技術(shù)通過對電流進行引導(dǎo)，可以在金屬材料表面形成特殊的防腐材料，并對技術(shù)材料進行精密加工，使其形成特定的圖案和紋路[4]。

3.5 超聲波技術(shù)

這項技術(shù)采用超聲波振動的方式對材料進行加工和處理，這項技術(shù)在機械模具制作過程中通常是對刀具進行除塵和清洗，以提升加工效率。在實際應(yīng)用過程中工作人員會將加工完成的刀具放入超聲波波浴中，并通過波浴的高頻率震，利用細小氣泡爆破對金屬刀具表面進行清理，提升刀具使用壽命。而在汽車機械模具制作過程中，工作人員還可以利用超聲波技術(shù)對金屬進行焊接，工作人員通過對金屬表面進行高頻振動，能夠促進金屬之間進行碰撞，進而實現(xiàn)冷焊接，在汽車模具的組裝和修復(fù)中有著廣泛應(yīng)用前景。同時，汽車機械模具制作過程中還存在需要塑料焊接情形，通過超聲波的振動產(chǎn)生摩擦和熱量，實現(xiàn)釬料和金屬或塑料材料之間的微觸碰，實現(xiàn)高效、高質(zhì)量的釬焊和塑料焊接效果。

4 數(shù)控加工技術(shù)在機械模具制作中的應(yīng)用要點

4.1 加工數(shù)據(jù)庫的建立

在數(shù)控加工過程中加工數(shù)據(jù)庫的持續(xù)完善能夠有效提升加工效率。工作人員在每次進行機械模具加工中都要將使用的刀具選型進行記錄，通過對刀具種類、型號以及切削條件等參數(shù)的匯總，可以對同一種材料的加工刀具選擇進行明確，進而提升數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用效率。同時，將數(shù)控加工每次加工的時間進行匯總之后，工作人員能夠有效明確加工過程中可能出現(xiàn)的問題，進而尋找解決方案。最后，在加工數(shù)據(jù)庫中包含了每次數(shù)控加工操作記錄以及最后的解決方案，通過對這些數(shù)據(jù)進行總結(jié)分析，能夠幫助工作人員在后續(xù)加工中避免同樣問題的出現(xiàn)。

4.2 對幾何誤差的控制

機械模具制作作為一個復(fù)雜的精密性工作，在實際加工過程中即使存在細小誤差也會對最后加工結(jié)果產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響。因此加工人員需要對幾何誤差進行合理控制。首先，在加工過程中工作人員要采用先進的數(shù)控機床調(diào)控手段以及測量技術(shù)，對幾何誤差進行全面監(jiān)控和調(diào)控，確保加工過程中幾何誤差滿足加工需要。在實際測量過程中工作人員需要采用精密測量儀器比如三坐標(biāo)測量儀對模具的坐標(biāo)進行精準(zhǔn)測量，確保模具的幾何參數(shù)和形狀精準(zhǔn)。同時，在策略過程中發(fā)現(xiàn)存在偏差則需要對加工參數(shù)進行及時確定。其次，為了降低刀具移動過程中出現(xiàn)的誤差，還可以借助補償技術(shù)，對刀具的運行軌跡進行不斷微調(diào)，進而實現(xiàn)對幾何誤差的自動修正。這就需要在程序編寫過程中注重調(diào)整機制和實施反饋機制的完善，通過對加工過程中的精度進行合理控制，能夠?qū)φ`差進行合理修正，確保在加工過程中能夠?qū)δ＞哌M行精準(zhǔn)加工。在程序編寫過程中對補償技術(shù)進行合理應(yīng)用能夠確保在復(fù)雜模具加工過程中避免機床運動、刀具磨損產(chǎn)生的誤差。最后，為了避免實際加工過程中對誤差無法修正，需要借助仿真技術(shù)對實際加工技術(shù)進行模擬，通過在仿真環(huán)境中模擬實際加工場景，能夠幫助工作人員對潛在的風(fēng)險進行修正，以提升加工效率[5]。

4.3 對模具信息的采集

機械模具加工作為一項精密的加工技術(shù)，在實際操作過程中需要重視對模具信息的采集。首先，工作人員需要對機械模具的溫度數(shù)據(jù)進行收集，這可以通過在機床中安裝溫度傳感器，對加工過程中刀具的摩擦溫度進行實時檢測，避免切削過程中溫度異常上升導(dǎo)致工件變形。為了提升模具加工的成功率，在對溫度數(shù)據(jù)進行全面收集的基礎(chǔ)上，還需要通過軟件根據(jù)溫度上升趨勢對切削速度、冷卻系統(tǒng)參數(shù)進行實時調(diào)整，以便實現(xiàn)對溫度的有效控制。其次，在加工過程中如果設(shè)備出現(xiàn)異常振動，也會導(dǎo)致模具加工精度不符合需要，因此需要對加工過程中的振動數(shù)據(jù)進行采集，避免刀具的過度振動導(dǎo)致加工誤差，并且通過對振動數(shù)據(jù)的全面收集還可以幫助工作人員對設(shè)備的異常故障進行分析，避免加工過程中設(shè)備突然發(fā)生故障導(dǎo)致機械模具加工精度下降。

4.4 對走刀路線的確定

數(shù)控加工技術(shù)中最為重要的就是對走刀路線的控制，工作人員在編程過程中需要對刀具的運動軌跡進行精確規(guī)定，包括空轉(zhuǎn)、退刀、切削等動作，在走刀過程中要結(jié)合加工模具的實際形狀和刀具特性對刀具的運動路徑進行合理規(guī)劃。在計算過程中工作人員可以借助人工智能學(xué)習(xí)技術(shù)，通過對不同加工情況的模擬，利用人工智能的持續(xù)學(xué)習(xí)幫助工作人員找到最佳的走刀路徑，進而實現(xiàn)對機械模具的高效加工。同時，在施工過程中工作人員可以利用計算機模擬軟件對設(shè)備的走刀路徑進行仿真，并通過對加工過程中刀具可能出現(xiàn)的問題進行判斷，實現(xiàn)對走刀路徑的優(yōu)化。最后，在對走刀路線確定過程中，工作人員還需要對夾具的形狀和結(jié)構(gòu)進行確定，如果機械模具形狀比較復(fù)雜，為了不影響走刀的路線，需要在選擇夾具時考慮足夠的固定點位，避免加工過程中模具出現(xiàn)移動情況，影響走刀的精準(zhǔn)性。

5 結(jié)語

綜上所述，在機械模具加工過程中數(shù)控加工技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景，本文通過對不同數(shù)控加工技術(shù)在機械模具加工中的實際應(yīng)用進行分析，闡述了數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用要點，研究表明合理應(yīng)用數(shù)控加工技術(shù)不僅能夠提升機械模具加工精度，還可以降低加工成本，提升加工效率。希望通過本文的分析能夠為我國機械模具加工行業(yè)提供有效借鑒。

參考文獻：

[1]郭沈亮，張小莉.數(shù)控技術(shù)在機械模具加工制造中的應(yīng)用[J].造紙裝備及材料，2024，53（7）：95-97.

[2]王睿.數(shù)控加工技術(shù)在汽車機械模具加工制造中的應(yīng)用分析[J].內(nèi)燃機與配件，2024（9）：105-107.

[3]張家峰.基于幾何特征參數(shù)的機械模具數(shù)控加工形位誤差預(yù)測[J].齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2024，40（2）：6-11.

[4]顧建森.數(shù)控技術(shù)在機械模具加工制造中的應(yīng)用研究[J].造紙裝備及材料，2023，52（6）：107-109.

[5]譚波.數(shù)控加工技術(shù)在機械模具制造中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化，2023，13（4）：122-123+126.